1.2 VAI TRÒ VÀ TÁC DỤNG CỦA NGUYÊN TỐ VI LƯỢNG
1.2.4 Các nguyên tố điện giải trong cơ thể
1.2.4.1 Nguyên tố natri
Đặc điểm của nguyên tố natri
Natri đã được biết đến trong các hợp chất, nhưng đã không được cô lập cho đến tận năm 1807 khi Humphry Davy điều chế ra nó bằng cách điện phân xút ăn da. Ở châu Âu thời Trung cổ các hợp chất của natri với tên Latinh sodanum đã được sử dụng như là thuốc chữa đau đầu.
Natri có khắp trong cơ thể, ln tồn tại bên trong và bên ngoài tế bào là yếu tố chính để kiểm sốt khả năng phân phối nước. Ở đâu có nhiều natri ở đó sẽ có nhiều nước [44].
Nồng độ bình thường của natri trong dịch ngoại bào là 135 – 146 mmol/l. Nồng độ độ huyết tương natri giảm được coi là thiếu natri hay giảm natri máu và ngược lại vì natri tập trung chủ yếu trong dịch ngoại bào [19].
Natri trong cơ thể dao động trong một giới hạn tương đối nhỏ: Nồng độ natri huyết tương bình thường không quá 150 mmol/l và không nhỏ hơn 130mmol/l. Natri được điều hòa bởi thận dưới tác dụng của ba yếu tố: Sự thay đổi huyết động học, aldosterol và hooc môn lợi tiểu là ANP (atrial natriuretic peptide).
tiêu hóa.
Vai trị của natri
Natri giữ vai trị quan trọng trong hoạt tính của thần kinh cơ, hoạt động của bơm natri-kali.
Natri và clo chịu trách nhiệm chính về độ thẩm thấu của dịch nội mạch và trong điều hòa cân bằng kiềm toan.
Natri tham gia điều hòa cân bằng lượng nước trong cơ thể.
Mất cân bằng natri
Natri có tác dụng giữ nước, cần bằng kiềm - axit cũng như đóng vai trị quan trọng trong hoạt động của hệ thần kinh và hệ cơ. Các ion natri đóng vai trị khác nhau trong nhiều q trình sinh lý học. Ví dụ, các tế bào dễ bị kích thích dựa vào sự tiếp nhận ion Na+ để sinh ra sự phân cực. Một ví dụ của nó là biến đổi tín hiệu trong hệ thần kinh trung ương.
Natri là nguyên tố chịu trách nhiệm chính cho tình trang ứ đọng nước và nồng độ thẩm thấu huyết tương. Nồng độ natri trong cơ thể do thận điều chỉnh và chịu ảnh hưởng của hormon aldosterol.
Thừa natri sẽ làm tăng hoạt động của bơm natri, qua đó làm tăng kích thích tế bào, có ít natri đi qua màng tế bào hơn, do đó hoạt tính của tế bào suy giảm gây suy tim sung huyết, rung cơ, tăng phản xạ, nhịp nhanh, tăng huyết áp…
Thiếu natri gây tăng kích thích thần kinh cơ, đau bụng, hạ huyết áp, đau đầu, yếu cơ, lú lẫn, đờ đẫn…[19].
Nhu cầu hằng ngày: Natri nhập vào cơ thể qua đường ăn uống, lượng natri
nhập vào hàng ngày có thể thay đổi rất lớn từ 2-10g nhiều quá sẽ được đào thải ra ngồi. Natri có nhiều trong các loại thức ăn có nhiều muối như thịt lợn muối, thịt bị muối, thịt hun khói, khoai tây, bánh mì mặn, dưa muối, cà chua… Lượng natri bổ sung hằng ngày ít nhất từ 2 - 4g tùy theo cường độ làm việc.
1.2.4.2 Nguyên tố canxi
Đặc điểm của canxi
Canxi là nguyên tố có hàm lượng khá cao trong cơ thể. Phần lớn là nằm trong xương khoảng 99%, chỉ có khoảng 1% dạng tự do hay gọi là canxi huyết thanh nằm trong dịch nội bào và ngoại bào. Khoảng 55% canxi huyết thanh là gắn với protein và 45% ở dạng canxi ion hóa (hay gọi là canxi ion), chính dạng canxi ion hóa này có hoạt tính sinh lý.
Nồng độ canxi huyết thanh từ 2,23 – 2,57 mmol/l. Nồng độ canxi ion hóa trong cơ thể dao động từ 1,15 – 1,30 mmol/l. Giảm nồng độ canxi huyết thanh gọi là giảm canxi máu và ngược lại. Nghiên cứu này chỉ định lượng nồng độ canxi ion hóa vì nó có hoạt tính sinh lý, ảnh hưởng trực tiếp đến cơ thể [19].
Canxi là một thành phần quan trọng của khẩu phần dinh dưỡng. Sự thiếu hụt rất nhỏ của nó đã ảnh hưởng tới sự hình thành và phát triển của xương và răng. Thừa can xi có thể dẫn đến sỏi thận. Vitamin D là cần thiết để hấp thụ canxi. Các sản phẩm sữa chứa một lượng lớn canxi. Cần thiết cho sự phất triển và cấu trúc xương tốt, là thành phần cơ bản trong cấu tạo của xương, có vai trị quan trọng trong hoạt động của thần kinh và co cơ, là một trong những yếu tố đông máu.
Một số thay đổi về thành phần máu có thể làm tăng hay giảm nồng độ canxi ion. Khi cơ thể trong tình trạng nhiễm toan, canxi được giải phóng khỏi protein huyết thanh và làm tăng canxi ion, khi nhiễm kiềm thì canxi gắn với protein và làm giảm canxi ion.
Canxi được hấp thụ từ ồng tiêu hóa và cần đến vitamin D, phospho ức chế hấp thụ canxi. Canxi được dự trữ ở xương và được đào thải qua thận. Tuyến cận giáp tiết ra hormon cận giáp (PTH) có tác dụng điều hịa nồng độ canxi trong cơ thể, khi nồng độ canxi huyết thanh thấp, tuyến cận giáp tiết ra nhiều PTH hơn, PTH giải phóng canxi trong xương và làm tăng canxi trong huyết thanh. Calcitonin từ tuyến cận giáp có tác dụng làm tăng canxi trở lại xương, và làm giảm canxi huyết thanh.
Suy thận làm giảm canxi máu do tổn thương các tế bào thận, đồng thời thận giảm bài tiết phospho dẫn đến ức chế hấp thụ canxi.
Một số triệu chứng giảm canxi máu: Chuột rút và đau cơ, rối loạn nhịp tim, tăng phản xạ gân xương, cảm giác kim châm, buồn bực ở tay chân...[44].
Vai trò của canxi.
Canxi có vai trị quan trọng trong việc truyền dẫn thần kinh. Tham gia kích hoạt hệ miễn dịch.
Tham gia vào hoạt động co giãn của cơ bắp, cơ tim, cơ trơn. Tham gia vào q trình đơng máu
Tham gia vào các enzym của cơ thể
Các vai trò khác: tạo xương, sinh sản, xúc tác, điều tiết sinh lý….[19].
Mất cân bằng canxi.
Khi cơ thể thiếu hoặc thừa canxi đều gây ra bất thường cho cơ thể
Bất thường của cơ và hệ thần kinh trung ương: Thiếu canxi ion gây ra chuột rút, co cứng cơ, co giật, đau nhói, tê các ngón tay, co thắt bàn tay, bàn chân, co thắt mạnh thành bụng, thanh quản, co cơ tim yếu, gây cảm giác lo lắng, lo âu, cảm giác kiến bò trong xương. Tăng canxi thì gây trầm cảm/lãnh đạm, yếu cơ.
Thiếu canxi làm giảm prothrombin, không xúc tác được con đường đông máu làm khó hình thành cục máu đơng gây giảm đông máu.
Bất thường về xương: Thiếu canxi gây ra loãng xương, xốp xương là xương dễ gãy. Thừa canxi gây ra hiện tượng đau sâu trong xương, mỏng xương, kể cả gãy xương bệnh lý.
Thừa canxi dễ bị sỏi thận do lắng đọng canxi trong thận, đau thắt lưng.
Mất cân bằng canxi trong cơ thể gây ra các bất thường về tim mạch, tăng thì loạn nhịp tim thậm chí là ngừng tim. Theo nghiên cứu Nguyễn Gia Bình và Vũ Đức Lợi thì nhồi máu cơ tim và đau tức ngực liên quan đến giảm canxi huyết [4].
Các bệnh lý khác: giảm tính thấm màng tế bào, hoạt tính thần kinh, cơ, các quá trình điều tiết sinh lý, enzym trong cơ thể…[19].
Nhu cầu hằng ngày
Trung bình hằng ngày cần bổ sung khoảng 800mg/ngày, tùy thuộc vào lứa tuổi. Nguồn bổ sung: Canxi có nhiều trong sữa, fomat, các loại rau, thịt, cá hồi…
1.2.4.3 Nguyên tố kali
Đặc điểm của kali
Kali là nguyên tố có nhiều trong tế bào, 97% lượng kali của cơ thể tập trung trong dịch nội bào và 2-3% có trong dịch ngoại bào, bao gồm dịch trong lịng mạch và dịch trong khoảng kẽ. Nồng độ Kali trong tế bào khoảng 145 - 150 mmol/l và Kali trong dịch ngoại bào là từ 3,5 – 5,0 mmol/l. Nồng độ kali trong hồng cầu cao gấp 28-35 lần trong huyết tương. Vì khó đo được kali nội bào nên nồng độ kali được theo dõi qua dịch nội mạch hay huyết tương.
Độ dao động kali trong huyết tương hay huyết thanh hẹp, do đó nồng độ kali huyết tương nằm ngồi giới hạn bình thường có thể đe dọa tính mạng. Nồng độ kali < 2,5 mmol/l hay > 7 mmol/l có thể gây ngừng tim vì vậy cần theo dõi chặt chẽ nồng độ kali. Trong trường hợp suy thận kali không được đào thải qua nước tiểu làm nồng độ kali tăng lên trong huyết tương. Bệnh nhân chạy thận khi lọc máu kali thẩm thấu theo dịch lọc ra ngồi làm giảm kali trong huyết tương, do đó bệnh nhân cần được theo dõi chặt chẽ nồng độ kali [19].
Vai trò chức năng của kali
Thúc đẩy dẫn truyền xung động thần kinh, gây co cơ vân, cơ trơn và cơ tim. Tham gia điều hòa độ thẩm thấu của dịch nội bào. Kali giữ vai trò điều hòa phân phối nước giữa máu và các mô trong cơ thể. Tăng cường hoạt động của men lên chuyển hóa tế bào. Tham gia duy trì thăng bằng kiềm toan. Thiếu kali kết hợp với nhiễm kiềm và thừa kali kết hợp với nhiễm toan [19, 44].
Mất cân bằng kali
Bình thường lượng kali nhập vào cơ thể tương đương lượng kali được bài xuất ra do cơ thể ít dự trữ trong cơ thể. Thận là cơ quan chủ yếu thực hiện nhiệm vụ bài xuất kali và thiết lập nên sự cân bằng của kali trong cơ thể, 80-90% kali được bài tiết qua thận, 10-20% được bài tiết qua phân, do đó thận điều hịa cân bằng kali trong cơ thể. Kali giữa nội bào và ngoại bào được hoán đổi liên tục, tế bào luôn nhân được các ion kali mới.
Thiếu kali làm giảm tốc độ co cơ, yếu cơ, giảm nhu động ống tiêu hóa khi mà nặng có thể gây liệt ruột. Thiếu kali làm rối loạn nhịp tim, lú lẫn, phản xạ gân sâu giảm, trầm cảm…
Thừa kali trong cơ thể ở mức độ nhẹ đến vừa gây kích thích cơ, trong khi tăng kali máu nặng gây yếu cơ. Khi nồng độ kali huyết thanh tăng đến 6,0mmol/l gây tê cứng, đau nhói, cơ tim nhão và giãn, rối loạn nhịp tim rõ ràng. Nếu cao hơn 7,0 mmol/l có thể gây ngừng tim [44].
Nhu cầu hằng ngày
Kali có hầu hết trong tất cả trong thức ăn. Những thức ăn giàu kali bao gồm: Rau, hoa quả, hạnh nhân, chuối, đậu nàng, chà là, nấm, thịt.... nên sự thiếu hụt kali do chế độ ăn uống là hầu như không thể xảy ra, trừ trường hợp bệnh nhân nhịn đói, kém ăn hoặc khơng ăn uống được.
Lượng kali cần thiết bình thường mỗi ngày là 40 - 60mmol/l. Cơ thể dự trữ rất ít kali do đó hàng ngày cần bổ sung kali từ bên ngồi vào.
1.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NGUYÊN TỐ VI LƯỢNG.
1.3.1 Phương pháp quang xác định đồng, kẽm
Hiện nay có nhiều phương pháp nhạy và chọn lọc để phân tích hàm lượng đồng và kẽm trong các mẫu sinh học như: phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), phương pháp phổ phát xạ nguyên tử (AES), phương pháp kích hoạt nơtron (NAA), phương pháp phổ khối lượng kết hợp với nguồn cảm ứng cao tần plasma (ICP-MS), phương pháp chiết trắc quang và phương pháp điện hóa [20, 24, 25,34, 64, 68, 69].
Trong luận văn sử dụng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS và trắc quang để xác định lượng các nguyên tố đồng và kẽm.
1.3.1.1 Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS
Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử là phương pháp phổ biến nhất hiện nay để phân tích đồng và kẽm trong các mẫu sinh học, phương pháp này có ưu việt là quá trình xử lý mẫu đơn giản, độ nhạy và độ chọn lọc cao. Các kĩ thuật
nguyên tử hóa thường được sử dụng là kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa và lị graphit. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử với kĩ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa để phân tích đồng và kẽm trong các mẫu huyết tương [25, 26, 36, 68].
Nguyên tắc của phép đo
Ở điều kiện bình thường nguyên tử không thu và cũng không phát năng lượng. Nhưng khi nguyên tử tồn tại ở trạng thái hơi tự do, bị kích thích bằng chùm tia đơn sắc có năng lượng và bước sóng phù hợp, (được tạo bởi một loại đèn riêng cho mỗi nguyên tố kim loại) thì chúng sẽ hấp thụ năng lượng của ánh sáng và sinh ra một loại phổ là phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) của nguyên tố đó [12, 14]. Do đó muốn thực hiện phép đo phổ hấp thụ nguyên tử của một nguyên tố cần phải thực hiện các quá trình sau:
1. Chọn các điều kiện và một loại trang bị phù hợp để chuyển mẫu phân tích từ trạng thái ban đầu (rắn hay dung dịch) thành trạng thái hơi của các ngun tử tự do. Đó chính là q trình hố hơi và ngun tử hố mẫu.
2. Chiếu chùm tia bức xạ đặc trưng của nguyên tố cần phân tích qua đám hơi nguyên tử tự do vừa tạo ở trên. Các nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong đám hơi sẽ hấp thụ những tia bức xạ nhất định và tạo ra phổ hấp thụ của nó.
3. Tiếp đó, nhờ một hệ thống máy quang phổ người ta thu toàn bộ chùm sáng, phân ly và chọn một vạch phổ hấp thụ của nguyên tố cần phân tích để đo cường độ của nó. Cường độ đó chính là tín hiệu hấp thụ. Trong một giới hạn nồng độ nhất định của nồng độ C, giá trị cường độ này phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ C của nguyên tố ở trong mẫu phân tích.
Theo định luật Buger - Lamber - Beer: khi chùm tia sáng đơn sắc có cường độ Io được chiếu vào mơi trường hấp thụ có độ dài l (cm) chứa No nguyên tử, sau khi ra khỏi mơi trường cịn lại cường độ I, thì cường độ của một vạch phổ hấp thụ là:
Trong đó - D là cường độ hấp thụ của một vạch phổ.
- Kg là hằng số, được gọi là hệ số hấp thụ, phụ thuộc l.
Số nguyên tử No có quan hệ với nồng độ (C) của nguyên tố trong mẫu theo biểu thức :
No = ki .Cb
Với ki là hằng số thực nghiệm, phụ thuộc vào tất cả các điều kiện hoá hơi và nguyên tử hoá mẫu nhất định đối với một hệ thống máy AAS và với các điều kiện đã chọn cho mỗi phép đo
b: là hằng số bản chất được quyết định bởi bản chất mỗi loại nguyên tử và nồng độ của nó trong mẫu. Trong mọi điều kiện ta đều có.
0 < b ≤ 1 Từ trên suy ra: D = a . Cb (*)
Đây là phương trình cơ sở của phép định lượng các nguyên tố theo phổ hấp thụ nguyên tử. Đường quan hệ D - C theo phương trình (*) có 2 miền ứng với b = 1 và b < 1. Khi b = 1 quan hệ D - C là tuyến tính, trong phân tích người ta sử dụng đoạn này làm đường chuẩn, nồng độ chất nghiên cứu cần nằm trong khoảng này [12, 14].
Trang bị của phép đo
Dựa vào nguyên tắc của phép đo, ta có thể mơ tả hệ thống trang bị của thiết bị đo phổ AAS theo sơ đồ như sau:
Phần 1. Nguồn phát chùm tia bức xạ cộng hưởng của nguyên tố cần phân
tích. Đó có thể là đèn catốt rỗng (Hollow Cathode Lamp-HCL), hay đèn phóng điện khơng điện cực (Electrodeless Discharge Lamp-EDL), hoặc nguồn phát bức xạ liên tục đã được biến điệu.
Phần 2. Hệ thống nguyên tử hoá mẫu. Hệ thống này được chế tạo theo ba
loại kỹ thuật nguyên tử hố mẫu. Đó là:
Kỹ thuật ngun tử hố mẫu bằng ngọn lửa đèn khí (F-AAS).
Kỹ thuật ngun tử hố mẫu khơng ngọn lửa (ETA-AAS).
Kỹ thuật hoá hơi lạnh (CV-AAS).
Phần 3. Bộ phận đơn sắc (hệ quang học) có nhiệm vụ thu, phân ly và chọn
tia sáng (vạch phổ) cần đo hướng vào nhân quang điện để phát hiện và đo tín hiệu hấp thụ AAS của vạch phổ.
Phần 4. Bộ phận khuyếch đại và chỉ thị tín hiệu AAS. Phần chỉ thị tín hiệu
có thể là:
Điện kế chỉ thị tín hiệu AAS.
Bộ tự ghi đề ghi các pic hấp thụ.
Bộ chỉ thị hiện số.
Bộ máy in.
Máy tính với màn hình để hiển thị dữ liệu, phần mềm xử lý số liệu và điều