Å gjenkjenne grunnvannet relatert til kronisk nyresykdom med ukjent etiologi ved humuslignende organisk materiale Ⅱ

Forholdet mellom DOM og CKDu-relatert vannkjemi

Overdreven inntak av F− kan skade humant nyrevev, og derfor anses høy F−konsentrasjon som et tegn på vannkildene som fører til CKDu11,61. Som vist i tilleggsfigur 8, var det en signifikant positiv korrelasjon mellom C1 % og F− konsentrasjon i grunnvannsprøver (r=0.62, p < 0.05), som indikerer at C1 er en sensitiv komponent for å gjenkjenne grunnvannskilder som kan forårsake CKDu. C1 % hadde også signifikant positive korrelasjoner med Ca{{10}} (r=0.60, p < 0.05). C1 med karboksyl vil sannsynligvis kombineres med Ca2+ for å danne et kompleks som er skadelig for den menneskelige nyren15, som er en viktig årsak til CKDu. Dette er i tråd med observasjonen at grunnvann i CKDu-endemiske områder inneholdt høyere konsentrasjoner av Ca2+ enn grunnvann i ikke-CKDu-endemiske områder10,18. I tillegg økte C1 % med økningen i Si-konsentrasjoner og hardhet (henholdsvis r=0.60, 0.61, p < 0.05) i denne studien. Det antas at CKDu også er relatert til grunnvann med høy hardhet og høye Si-konsentrasjoner, fordi å drikke dette grunnvannet kan skade menneskelige embryonale nyreceller12,14. Oppsummert var C1% positivt korrelert med de uorganiske kjemiske komponentene som generelt anses å være assosiert med CKDu, noe som indikerer den potensielle gjennomførbarheten av å bruke C1% som en gjenkjennende indikator for å identifisere CKDu-relaterte grunnvannskilder.

Klikk for å cistanche herba for nyresykdom

Det antas at den større C1 % i CKDu grunnvann versus i ikke-CKDu grunnvann var relatert til tilførselen av overflatevann (fig. 2). Konsentrasjonene av de ovennevnte uorganiske kjemiske komponentene i overflatevann var faktisk mye lavere enn i grunnvann (tilleggstabell 4). Tatt i betraktning at forvitret sprekkvann i studieområdet er den viktigste grunnvannsressursen, er prosessen med å fylle på grunnvann langsom, noe som forårsaker sterke vann-bergartinteraksjoner (f.eks. utvasking og ionebytting) under påfyllingsprosessen og fører til anrikning av uorganiske kjemikalier i grunnvann. For eksempel, på grunn av den kjemiske likheten mellom F− og OH−, vil en høyere pH-verdi i overflatevann sannsynligvis føre til at mer F− desorberes fra mineralene ved ionebytting under oppladningsprosessen62, noe som resulterer i en relativt lavere pH-verdi og mer F− i CKDu grunnvann enn de i overflatevann.

Gjenkjenne CKDu-relaterte vannkilder av FDOM I denne studien,

DOM mellom CKDu grunnvann og ikke-CKDu grunnvann var av betydelige forskjeller når det gjelder C1% og HIX, og derfor kan disse forskjellene brukes til tidlig varsling og rask gjenkjennelse av vannkilder assosiert med CKDu gjennom vår egenutviklede CKDu gjenkjennende terskelvurdering. (CRTA) metode. For å utforske den passende gjenkjennelsesterskelen (RT) for forskjellige DOM-indikatorer og teste anvendeligheten av CRTA-metoden, forholdet mellom den antatte terskelen for DOM-indikatorer og deteksjonssannsynligheten for CKDu grunnvann (DPC) og deteksjonssannsynligheten for ikke-CKDu grunnvann ( DPN) i grunnvannsprøver (n=54) er vist i tilleggsfigur 9. Det ble funnet at DPC og DPN reagerte på endringene av HIX, C1%, DOC og C4% veldig godt med tilnærmet S-formet kurver. For å ta C1% som et eksempel, når den antatte terskelen på C1% overskred verdien ved skjæringspunktet (28,8%) av DPC- og DPN-kurvene, økte DPC med økningen i C1% og var alltid større enn DPN; når den antatte terskelen på C1 % var mindre enn skjæringsverdien (28,8 %), økte DPN med reduksjonen i C1 % og var alltid større enn DPC. Det vil si at hvis den antatte terskelen på C1 % ved krysset brukes som RT, vil DPC komme til 70,1 % (deteksjonssannsynlighet ved krysset) minst med C1 % over RT (tilleggstabell 5), noe som indikerer at muligheten for oppdaget vannkilde som CKDu-relatert kilde var minst 70,1 %. Når den antatte terskelen på C1 % er under RT, vil DPN overstige 70,1 %, noe som indikerer at muligheten for den detekterte vannkilden som den ikke-CKDu-relaterte kilden var minst 70,1 %. Derfor, ved å bruke RT på C1 %, er sannsynligheten for å identifisere om en vannkilde er CKDu-relatert eller ikke-CKDu-relatert minst 70,1 %, noe som indikerer dens meget gode gjenkjennelsesanvendbarhet

Tilsvarende var sammenhengene mellom de antatte terskelverdiene for HIX, konsentrasjonene av DOC og C4 % og deteksjonssannsynligheten det samme som forholdet mellom den antatte terskelen på C1 % og deteksjonssannsynligheten. På grunn av den relativt lavere oppdagede sannsynligheten i krysset (tilleggstabell 5), er imidlertid ikke gjenkjennelsesanvendeligheten ved bruk av HIX, DOC og C4 % så god som C1 %. Når det gjelder andre DOM-indikatorer, svingte deres DPN- eller DPC-kurver mye med endringer i terskler. I tillegg, i henhold til forholdet mellom den antatte terskelen for PC1-score og deteksjonssannsynligheten, kan man finne at gjenkjennelsessannsynligheten ved å bruke PC1-score var 63,8 %.

De antatte terskelverdiene for C1%, C4%, HIX og PC1-score versus deteksjonssannsynlighet ble tilpasset av den empiriske Boltzmann-ligningen (fig. 4). Som vist i fig. 4 hadde den antatte terskelen på C1% den høyeste bestemmelseskoeffisienten (R2) (tilleggstabell 6). Verifikasjonsresultater viste at de predikerte verdiene var nær de målte verdiene (fig. 5), noe som indikerer at tilpasningsresultatene var gyldige. I tillegg viste den sammenkoblede t-testen at den predikerte verdien og den målte verdien ikke var signifikant forskjellige (p > 0.05) bare ved å bruke C1 % eller score på PC1 som gjenkjennende indikatorer. Root mean square error (RMSE) på C1% var også den laveste, noe som indikerer at tilpasningsresultatet på C1% var i tråd med dataene for dette studieområdet. Fremfor alt er C1% den mest egnede og effektive DOM-indeksen for å skille CKDu-relaterte vannkilder fra ikke-CKDu-relaterte vannkilder gjennom

CRTA-metoden.

I henhold til funksjonene til tilpasningskurver var RT på C1% ved bruk av CRTA-metoden 28,8%. For å klargjøre forutsigbarheten og fordelen med den optimale terskelen beregnet ved CRTA-metoden, ble også mottakerdriftskarakteristikken (ROC) og presisjonsgjenkallingskurven (PR) basert på forvirringsmatrisen utført ved bruk av de samme 54 grunnvannsprøvene ( Supplerende figurer 10, 11). I ROC- og PR-analyse ble kurvemodellen ansett for å ha forutsigbarhet bare når arealet under curve (AUC) var større enn 0.763. Vanligvis indikerte større AUC den bedre forutsigbarheten til modellen. AUC for ROC-kurven (0.777) og PR-kurven (0.816) for C1 % var større enn for andre DOM-indekser, noe som indikerer at C1 % var den mest egnede som gjenkjennende indeks , som er i samsvar med resultatene av CRTA-metoden. Imidlertid, i henhold til maksimumet av Yondens indeks, som var positivt korrelert med overlegenheten til screeningsmodeller (Supplerende Metode), var den optimale RT på C1% i ROC-kurven 36,3%; den optimale RT på C1 % i PR-kurven var 27,6 % ved å bruke den maksimale F1--score, som er harmonisk gjennomsnitt av presisjon og gjenkalling og indikerer kapasiteten til å forutsi riktig. For å sammenligne forutsigbarheten til PR-kurve, ROC-kurve og CRTA-metode ved bruk av C1% som gjenkjennende indeks, ble disse RT brukt på 21 grunnvannsprøver for verifikasjon for å oppnå faktisk forutsigbarhet (tilleggstabell 7). Forutsigbarheten for CKDu grunnvann ved bruk av CRTA-metoden (75.0%) var i samsvar med PR-kurven (75.0%), men høyere enn for ROC-kurven (50 .0%); forutsigbarheten for ikke-CKDu grunnvann ved bruk av CRTA-metoden (66,7 %) var høyere enn for PR-kurven (55,6 %), men lavere enn for ROC-kurven (88,9 %). For en bedre sammenligning ble det geometriske gjennomsnittet av forutsigbarheten for ikke-CKDu grunnvann og forutsigbarheten for CKDu grunnvann brukt for å vise omfattende forutsigbarhet. Den omfattende forutsigbarheten til CRTA-metoden (70,7 %) var høyest, etterfulgt av ROC-kurve (66,7 %) og PR-kurve (64,5 %). Dette illustrerte at CRTA-metoden oppnådde en bedre RT på C1% for screening av CKDu grunnvann og ikke-CKDu grunnvann enn ROC-kurve og PR-kurve. I tillegg var AUC for PR-kurven for PC1-score 0,700, noe som indikerer at PC1 også kan brukes som en gjenkjennende indeks, selv om AUC for ROC-kurven for PC1-score var mindre enn 0,7. Sammenlignet med RT av PC1-poengsum oppnådd ved CRTA-metoden, hadde den optimale RT av PC1-poengsum oppnådd ved PR-kurve samme faktiske forutsigbarhet for ikke-CKDu grunnvann, men lavere faktisk forutsigbarhet for CKDu grunnvann. Derfor, ved å gjenkjenne CKDu grunnvann og ikke-CKDu grunnvann, så CRTA-metoden ut til å være mer fordelaktig enn PR-kurve og ROC-kurve.

Miljøgeologisk helseimplikasjon av CRTA I denne studien ble DOM-karakteristikker til CKDu-relatert grunnvann undersøkt ved å bruke DOM-optiske indekser, og diskriminering av CKDu-urelatert versus CKDu-relatert grunnvann ble oppnådd ved å gi en rimelig sannsynlighetsbasert retningslinje for å sette terskelen av en indikator. Dette skal bidra til å grave ut og gjenkjenne rene grunnvannskilder for lavinntektsboligområder. For å forbedre drikkevannskvaliteten og forhindre CKDu, ble omvendt osmose og nanofiltreringsteknologi foreslått for å behandle forurenset vann14,18, selv om disse teknologiene krever gode økonomiske forhold og knapt brukes til faktisk produksjon. Som beskrevet i avsnittet ovenfor, er C1% anerkjent av CRTA en gjennomførbar og rimelig indikator for screening av CKDu grunnvann med lave kostnader. I praksis, for hver indikator, er det nødvendig å bestemme hvilke funksjoner av tilpasningskurven som velges ved å sammenligne den målte verdien og RT, og deretter beregne DPC eller DPN gjennom den valgte funksjonen. Med CRTA-metoden forbedrer screening av CKDu-relaterte vannkilder med C1% av FDOM sikkerheten til drikkevann og forhindrer forekomsten av CKDu i CKDu-utbredte områder. RT på C1% kan være påvirket av noen miljøfaktorer (f.eks. hydrologiske og geologiske forhold). I fremtiden er det nødvendig med flere studier på oppløst organisk materiale i grunnvann i andre typiske CKDu-endemiske regioner for å teste og utvide anvendeligheten av CRTA. Det er verdt å nevne at anvendelsen av CRTA-metoden ikke er begrenset til sensitive FDOM-indikatorer. De fleste tidligere studier har også understreket at uorganiske kjemikalier som Ca2+, F−, hardhet og Si i CKDu-relatert grunnvann og ikke-CKDu-relatert grunnvann også er signifikant forskjellige14,61. Derfor kan anvendelsen av CRTA-metoden også implementeres på disse uorganisk-sensitive indikatorene. I denne studien ble det funnet at DPC og DPN gjennom RT av Ca2+ og Si gjenkjent av CRTA kan komme til henholdsvis 82,4 % og 64,2 % (tilleggsfigur 12, tilleggstabell 5), selv om deteksjonssannsynlighet ved RT for hardhet og F− er ikke god. Plottet av DPC versus den antatte terskelen for F− undulated, som ble tilskrevet høye F−konsentrasjoner i flere ikke-CKDu grunnvann (Supplerende Fig. 8). Dermed er kurven til DPN versus den antatte terskelen til F− mer pålitelig for å identifisere vannkilder enn kurven til DPC versus den antatte terskelen til F− ved bruk av CRTA. Videre kan FDOM-indikatorer i kombinasjon med uorganiske indikatorer i fellesskap gjenkjenne trygge vannkilder av CRTA, noe som forbedrer påliteligheten til å gjenkjenne resultater. I fremtiden anbefales undersøkelser med flere grunnvannsprøver fra større områder med ulike geologiske og hydrologiske settinger.

Fig. 5 Spredningsplott av predikerte verdier og målte verdier av grunnvannsprøver (n=21). Funksjonen til den stiplede linjen er y=x. P-verdien ble oppnådd ved den parede t-testen mellom de predikerte verdiene og de målte verdiene.

METODER

Studieområde I henhold til den årlige nedbøren kan Sri Lanka deles inn i tørre halvtørre og fuktige områder8. Som vist i tilleggsfigur 1, studieområdet (07 grader 25.911' - 07 grad 40.116'N, 80 grader 58.483' - 81 grader 04.888'E og 06 grader 17.560' - 06 grader 24.158'N, 80 grader 54.769' - 80 grad 59.995'E) ligger i Girandurukotte (CKDu endemisk område), Dehiattakandiya (CKDu-endemisk område) og Sewanagala (ikke-CKDu område) i den semirid sonen, der terrenget er flatt, fordampningen er sterk og vannressursene er knappe, med en gjennomsnittlig årlig nedbør på rundt 1000 mm og en årlig temperatur mellom 29 grader og 33 grader. Den sørvestlige monsunen (SW) regntiden er fra mai til oktober, og den nordøstlige (NE) monsunen regntiden er fra november til februar. Mahaweli-elven, den lengste elven på Sri Lanka, ligger vest for studieområdet. Geologisk sett er bergarter i dette området i utgangspunktet prekambrisk granitt og gneis, som er anriket på glimmer, hornblende, apatitt og andre fluorerte mineraler. Selv om disse bergartene har lav porøsitet, har de utviklet forkastninger og skjøter som er vert for grunnvannsressurser. Lokale innbyggere bruker hovedsakelig grunnvann som drikkevann. De fleste henter grunnvann i gravde brønner fra ukonsoliderte fluviale sedimenter eller grunne forvitrede grunnfjellsakviferer8. Få innbyggere bruker rørbrønner for å hente grunnvann med sprekker fra dype berggrunnlag. Hydrologiske overflatenettverk kontrolleres av menneskeskapte reservoar (tank) kaskadesystemer som hovedsakelig brukes til vanning.

Prøveinnsamling og oppbevaring

Basert på informasjonen gitt av et lokalt sykehus, samlet teamet vårt grunnvann fra brønnene (CKDu grunnvann) brukt av representative pasienter som lider av CKDu. I tillegg samlet vi det andre settet med grunnvann fra brønnene (ikke-CKDu grunnvann) som ble brukt av familier uten pasienter. Totalt ble det tatt 83 vannprøver, inkludert CKDu grunnvann (n=43), ikke-CKDu grunnvann (n=32), og overflatevannsprøver (n=8) samlet fra tanker ( Supplerende fig. 1). Prøver ble filtrert med 0.7 μm kvartsfilter og surgjort til pH < 2 med førsteklasses ren saltsyre for spektral måling. For DOC-analyse ble prøver filtrert med 0.45 μm filtermembran og surgjort til pH<2 with premium-grade pure phosphoric acid. More details of sample collection are provided in Supplementary Method.

Prøveanalyse

De fluorescerende egenskapene til DOM ble testet med et fluorescensspektrometer (Fluomax{{0}}, HORIBA JboinYvon, Japan). Driftsforholdene var som følger: lyskilden var 150 W xenonlampe; eksitasjonsbølgelengder (Ex) ble satt fra 250 til 400 nm med 4 nm intervaller; emisjons (Em) bølgelengder ble satt mellom 300 og 550 nm med 2 nm intervaller; bredden på spalten var 3 nm og integreringstiden til skannesignalet var 0,1 s. Den ultrafiolett-synlige absorbansen ble målt med et spektrofotometer (UV1900, Shimadzu, Japan) ved 200–600 nm. DOC bestemmes av TOC-analysator (Aurora 1030w, OI, USA) med en analytisk presisjon på ±2,0 %, og deteksjonsgrensen er 0,01 mg L−1. Analyser av anioner og kationer er gitt i den supplerende metoden.

Spektralindekser og PARAFAC

Spektralindeksene ble beregnet (Supplerende metode), inkludert humifikasjonsindeksen (HIX), den biologiske indeksen (BIX), fluorescensindeksen (FI), konsentrasjonen av DOM med umettet struktur (a254), aromatisitetsindeksen (SUVA254) , og spektralhellingen (S275−295). Både den indre filtereffekten og bakgrunnsfluorescenssignalet til ultrarent vann ble korrigert og Rayleigh-spredning og Raman-spredning ble fjernet før PARAFAC ved å bruke efc-verktøykassen (http://www.nomresearch. cn/efc/indexEN.html) utviklet av MATLAB grafisk bruker interface20, FDOM-korrekt verktøykasse64 og N-veis verktøykasse (https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/1088-the-n-way-toolbox) 65. Modellen endelig besto kjernekonsistenstesten og delt halvverifisering66. PARAFAC-komponentene ble identifisert med de fra de tidligere studiene med likheten over 0,95. Den relative mengden av PARAFAC-komponenter (C1%, C2%, C3% og C4%) ble kvantifisert ved å dele den maksimale toppintensiteten (Fmax) for hver komponent med summen av Fmax for alle komponentene.

CKDu gjenkjennende terskelvurdering (CRTA)

Parametrene til både DOM-egenskaper (som C4%, C1% og HIX) og uorganiske kjemikalier (som Ca2+ og F−) ble vurdert som indikatorer for vurderingen, der deteksjonssannsynligheten for CKDu grunnvann (DPC) og deteksjonssannsynligheten for ikke-CKDu grunnvann (DPN) ble definert og beregnet. For hver indikator ble det satt en innledende terskel (normalt minimum av observert verdi), over hvilken prøvene ble tildelt som høyverdi-gruppen og under hvilken prøvene ble tildelt som lavverdi-gruppe. For de fleste indikatorer (C1%, C2%, C3%, HIX, SUVA254, a254, DOC, poengsummen til PC1 og uorganiske indikatorer), ble DPC beregnet i høyverdigruppen, og DPN ble beregnet i lavverdien gruppe i henhold til lign. (1) og lign. (2), henholdsvis. For andre indikatorer (C4 %, S275-295, BIX og FI) ble DPC beregnet i lavverdigruppen, og DPN ble beregnet i høyverdigruppen med Eqs. henholdsvis (1) og (2).

Med økningen i den antatte terskelen for hver indikator fra minimum til maksimum (vanligvis 100 trinn; den angitte aritmetiske sekvensen), ble tilsvarende DPC og DPN beregnet, og plottet av antatt terskel for indikatoren versus DPC eller DPN ble tegnet som vist i fig. 6. Deteksjonssannsynligheten for skjæring mellom to kurver ble definert som anvendeligheten av indikatoren for å gjenkjenne CKDu grunnvann, og den antatte terskelverdien for skjæring mellom to kurver ble definert som gjenkjennelsesterskel (RT) ). Den høyere deteksjonssannsynligheten ved RT gir den bedre gjenkjennende anvendeligheten. Blant alle grunnvannsprøver ble 72 % (n=54) brukt til å beregne DPN og DPC og tilpasset ved empirisk Boltzmann-ligning, og de resterende (n=21) ble brukt til å verifisere tilpasningskurvene ved å pare t -test og root mean square error (RMSE). Hvis p-verdien til paret t-test er større enn 0,05, antas det at det predikerte resultatet er nær det målte resultatet. Jo lavere verdien av RMSE er, desto nærmere er det predikerte resultatet det målte resultatet.

REFERANSECES

1. Levine, KE et al. Jakten på å identifisere geokjemiske risikofaktorer assosiert med kronisk nyresykdom av ukjent etiologi (CKDu) i en endemisk region på Sri Lanka—en multimedialaboratorieanalyse av biologiske, mat- og miljøprøver.Environ. Monit. Vurdere. 188, 548 (2016). 

2. Gansevoort, RT et al. Kronisk nyresykdom og kardiovaskulær risiko: epidemiologi, mekanismer og forebygging.Lancet 382, 339–352 (2013). 

3. Kulathunga, MRDL, Ayanka, WMA, Naidu, R. & Wijeratne, AW Kronisk nyresykdom av ukjent etiologi i Sri Lanka og eksponering for miljøkjemikalier: en gjennomgang av litteraturen.Environ. Geochem. Helse 41, 2329–2338 (2019). 

4. Rajapakse, S., Shanahan, MC & Selvarajah, M. Kronisk nyresykdom av ukjent etiologi i Sri Lanka.Int. J. Occup. Environ. Helse 22, 259–264 (2016).

5. Hettithanthri, O. et al. Risikofaktorer for endemisk kronisk nyresykdom av ukjent etiologi i Sri Lanka: Tilbakeblikk på vannsikkerhet i den tørre sonen.Sci. Totalt miljø. 795, 148839 (2021). 

6. Edirisinghe, E. et al. Geokjemisk og isotopisk bevis fra grunnvann og overflatevann for forståelse av naturlig forurensning i kronisk nyresykdom med ukjent etiologi (CKDu) endemiske soner i Sri Lanka.Isot. Environ. Helsestud. 54, 244–261 (2018). 

7. McDonough, LK, Meredith, KT, Nikagolla, C. & Banati, RB.fluens av vann-berg-interaksjoner på husholdningsbrønnvann i et område med høy prevalens av kronisk nyresykdom av ukjent etiologi (CKDu).npj Rengjør. Vann 4, 1–9 (2021). 8. Balasooriya, S. et al. Mulige koblinger mellom grunnvannsgeokjemi og kronisk nyresykdom av ukjent etiologi (CKDu): en undersøkelse fra Ginnoruwa-regionen på Sri Lanka.Expo. Helse 12, 823–834 (2020).

9. Dissanayake, CB & Chandrajith, R. Grunnvannfluoride som en geokjemisk markør i etiologien til kronisk nyresykdom av ukjent opprinnelse i Sri Lanka.Ceylon J. Sci. 46, 3–12 (2017). 

10. Chandrajith, R. et al. Doseavhengig Na og Ca influoridrikt drikkevann— en annen viktig årsak til kronisk nyresvikt i tropiske tørre områder.Sci. Totalt miljø. 409, 671–675 (2011).

11. Wickramarathna, S., Balasooriya, S., Diyabalanage, S. & Chandrajith, R. Sporing av miljøetiologiske faktorer ved kroniske nyresykdommer i den tørre sonen på Sri Lanka—en hydrogeokjemisk og isotoptilnærming.J. Trace Elem. Med. Biol. 44, 298–306 (2017).

12. Wasana, HM et al. Drikkevannskvalitet og kronisk nyresykdom av ukjent etiologi (CKDu): synergiske effekter avfluorid, kadmium og vannhardhet.Environ. Geochem. Helse 38, 157–168 (2016). 

13. Tao, P. et al. Spatiotemporale variasjoner i kromoforisk oppløst organisk materiale (CDOM) i en elv med blandet landbruk: Implikasjoner for restaurering av overflatevann.J. Environ. Manag. 277, 111498 (2021). 

14. Lal, K. et al. Vurdering av grunnvannskvaliteten til CKDu påvirket Uddanam-regionen i Srikakulam-distriktet og over Andhra Pradesh, India.Groundw. Opprettholde. Dev. 11, 100432 (2020).

Supportive Service Of Wecistanche - Den største cistanche-eksportøren i Kina:

E-post:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tlf:+86 15292862950

Handle for flere spesifikasjoner:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop

FÅ NATURLIG ORGANISK CISTANCHE EKSTRAKT MED 25 % ECHINACOSIDE OG 9 % ACTEOSIDE FOR NYRESINFEKSJON