Gjenkjenne grunnvannet relatert til kronisk nyresykdom av ukjent etiologi ved humuslignende organisk materiale

INTRODUKSJON

Kronisk nyresykdom rammer ~15 % av befolkningen over hele verden og er et av de globale folkehelseproblemene1. Hypertensjon, diabetes og kronisk nefritt er vanligvis hovedårsakene til kronisk nyresykdom2. Imidlertid er en kronisk nyresykdom som ikke er relatert til de ovennevnte årsakene, nemlig kronisk nyresykdom avukjent etiologi(CKDu), har blitt rapportert i Mellom-Amerika, India, Sri Lanka og andre steder. I Sri Lanka er helsen til mer enn 400,000 mennesker truet avCKDu, ogforekomst av CKDuer så høy som 15–23 % i North Central Province4,5. De fleste pasienter som lider av CKDu har lav levestandard i landbrukssamfunn i tørre områder6. De siste årene har mange studier vist at CKDu er assosiert med grunnvannskvalitet5,7, og det er ikke nok infrastruktur til å gi renset drikkevann. I følge en undersøkelse, i CKDu-utbredte områder, er forekomsten av CKDu avhengig av kvaliteten på drikkegrunnvannet for lokale innbyggere, og fordelingen av rene grunnvannskilder og CKDu-relaterte grunnvannskilder var ujevn8. Derfor har anerkjennelsen av rene grunnvannskilder blitt en presserende handling for innbyggerne i CKDu-utbredte områder i utviklingsland som Sri Lanka5.

Klikk for å cistanche herba for nyresykdom

De uorganiske kjemikaliene i grunnvann har blitt identifisert å være relatert til prevalensen av CKDu i mange studier9,10. For eksempel overstiger F−konsentrasjoner i grunnvannsprøver fra CKDu utbredte områder på Sri Lanka stort sett terskelnivået (0,6 mg L−1) definert for Verdens helseorganisasjon9; hardheten og forholdet mellom Ca2+ og Na+ i grunnvann fra CKDu-endemiske områder er også høyere enn i ikke-CKDu-områder10,11. I tillegg er CKDu assosiert med konsentrasjoner av tungmetaller med nefrotoksisitet (f.eks. Cd og Pb) og Si i grunnvann12–14. En fersk studie har vist at organiske forbindelser kan samhandle med Ca2+ og SO4 2- gjennom kompleksdannelse, og komplekset er skadelig for menneskelige nyrer15. Dannelsen av visse nyresykdommer er relatert til oppløst organisk karbon (DOC) i grunnvann16. Overdreven humusstoffer kan forårsake død av menneskelige nyreceller basert på en studie i endemiske områder med nyresykdom i Balka17. Imidlertid har få studier undersøkt forskjellen i nøkkelkomponentene i oppløst organisk materiale (DOM) mellom CKDu og ikke-CKDu vannkilder. De tilgjengelige studiene viste at DOM i grunnvann fra CKDu-endemiske områder var mer ildfast, høyere aromatisk og lavere biotilgjengelig enn det fra ikke-CKDu-områder18,19. Imidlertid er det fortsatt ukjent hvor viktige de sensitive komponentene i DOM er for å gjenkjenne CKDu-relaterte vannkilder.

Eksitasjons-misjonsmatrisespektroskopi (EEM) har fordelene med rask måling, høy følsomhet og enkel forbehandling. Det har blitt mye brukt for å karakterisere den fluorescerende DOM (FDOM)20. EEM kombinert med parallellfaktoranalyse (EEM PARAFAC) kan effektivt avsløre de optiske egenskapene til DOM, identifisere de fluorescerende komponentene og kildene til DOM, og avklare transformasjonsprosessen til DOM21,22. Videre kan det også brukes til å utforske de dynamiske endringene av DOM påvirket av naturlige og menneskelige faktorer23,24. EEM−PARAFAC har den potensielle gjennomførbarheten til å undersøke sammenhengen mellom DOM og grunnvannskvalitet20.

Derfor hadde denne studien som mål å (1) bestemme de optiske egenskapene, sammensetningen og kildene til FDOM i CKDu-relatert og CKDu-relatert grunnvann fra Sri Lanka ved hjelp av EEM PARAFAC-teknikk, (2) verifisere muligheten for å bruke viktige fluorescerende komponenter for å identifisere CKDu-relaterte vannkilder ved å kombinere med uorganiske sensitive kjemikalier, og (3) foreslå et tidlig varslings- og screeningsverktøy for CKDu-relaterte grunnvannskilder som bruker viktige fluorescerende komponenter. Denne studien vil gi en effektiv metode for å sikre sikkerheten til drikkevann, noe som er nyttig for forebygging og sporbarhet av CKDu.

Fig. 1 Spektralindeksene til DOM. Det øvre punktet på den svarte boksen er maksimum og det nedre er minimum; den øvre grensen til den svarte boksen er den 75. persentilen og den nedre er den 25. persentilen, og den midterste hvite firkanten er gjennomsnittsverdien. Tetthetsdiagrammet utenfor boksdiagrammet representerer tetthetssannsynligheten. Den signifikante forskjellen på p < 0.01 og den signifikante forskjellen på p < 0,05 har blitt markert med henholdsvis to stjerner og en stjerne i spektralindekser mellom to forskjellige grupper.

RESULTATER OG DISKUSJON

DOC og EEMs av DOM i CKDu-relatert grunnvann

DOC-konsentrasjoner (3,25 ± 0.73 mgC L−1 ) i CKDu grunnvann var signifikant lavere enn de i overflatevann (4.65 ± 0.89 mgC L−1 ), men signifikant høyere enn de i ikke-CKDu grunnvann (2,81 ± 0,76 mg L−1) (p < 0,05) (Supplerende Fig. 2). Selv om DOC-konsentrasjoner rapportert av Cooray et al.25 var høyere enn de observerte dataene i denne studien, fant de også relativt høyere DOC-konsentrasjoner (6,4 mgC L−1) i CKDu-utbredte områder enn i ikke-CKDu-prevalente regioner (3,7 mgC L) −1). Det kan være to årsaker til forskjellen i DOC-konsentrasjoner mellom CKDu grunnvann og ikke-CKDu grunnvann. Den ene er at CKDu grunnvann sannsynligvis vil motta mer overflatevannspåfylling11,26, noe som øker DOC-konsentrasjonen27,28. Den andre er at sterkere mikrobiell aktivitet i ikke-CKDu grunnvann (Fig. 1E, Supplerende Fig. 3) ville bryte ned flere organiske stoffer til uorganiske stoffer29, som diskuteres nedenfor.

a254-verdiene i CKDu grunnvann (median: 5,07 m−1) var høyere enn de i ikke-CKDu grunnvann (median: 4,38 m−1) (Supplerende Fig. 2), noe som indikerer at DOM av CKDu grunnvann består av mer umettet DOM. Generelt var konsentrasjonene av umettet DOM (a254) i naturlig grunnvann mindre enn 1 m−1 30–32. I denne studien var den laveste a254-verdien i alle grunnvannsprøver 1,15 m−1 (tilleggstabell 1), noe som indikerer at både CKDu og ikke-CKDu grunnvann kan være forurenset til en viss grad. Sammenlignet med grunnvann hadde overflatevann høyere a254-verdier (median:10,48 m−1 ), som ville være et resultat av menneskeskapte aktiviteter. I tillegg er det en signifikant positiv korrelasjon mellom DOC-konsentrasjoner og a254 (Supplerende Fig. 4), noe som indikerer at økningen av DOC kan tilskrives menneskeskapt tilførsel.

EEM-trekkene til DOM fra ikke-CKDu grunnvann var forskjellige fra de fra CKDu grunnvann og overflatevann (Supplerende Fig. 5). EEM for ikke-CKDu grunnvann presenterte et relativt sterkere T-toppsignal, men svakere A-toppsignal (tilleggstabell 2) i forhold til CKDu-grunnvann, noe som indikerte at ikke-CKDu-grunnvann inneholdt mer bioaktive tryptofanlignende stoffer33,34. Motsatt ble toppen A-regionen i EEM-ene til DOM fra CKDu grunnvann og overflatevann utvidet til et platå mellom toppene M og C, noe som indikerer den dominerende rollen til humuslignende organisk materiale i CKDu grunnvann og overflatevann. Videre indikerte det lignende EEM-trekket til DOM mellom CKDu grunnvann og overflatevann at interaksjon mellom grunnvann og overflatevann kan ha skjedd og overflatevann ladet opp grunnvann.

Spektralindekser for DOM i CKDu-relatert grunnvann Som vist i fig. 1, når det gjelder DOM-aromatisitet (SUVA254), var CKDu-grunnvann (gjennomsnitt: 0.78 ± 0.37) lik ikke -CKDu grunnvann (gjennomsnitt: 0.78 ± {{10}}.33) (p > 0.05). Imidlertid viste flere CKDu grunnvannsprøver høy DOM-aromatisitet, noe som er relatert til deres høye a254 (tilleggsfig. 4). Den signifikante positive korrelasjonen mellom a254 og SUVA254 indikerte at den aromatiske DOM dominerte over den umettede DOM. Spektralhellingen (S275–295) til CKDu grunnvann (gjennomsnitt: 20,5 ± 6,7) var relativt lavere enn ikke-CKDu grunnvann (gjennomsnitt: 23,7 ± 9,4), noe som indikerer at CKDu grunnvann er anriket med organisk materiale med høy molekylvekt. Det kan tilskrives de sterkere mikrobielle aktivitetene35 i ikke-CKDu grunnvann med relativt høyere verdier for biologisk indeks (BIX) (Fig. 1E). Mikroorganismer kan bryte ned OM-lignende lignin med høy molekylvekt til aromatiske forbindelser med lav molekylvekt36,37

Fluorescensindeksen (FI) til DOM i alle prøver varierte fra 1,26 til 1,88, noe som indikerer det svakere autoktone trekk og en blanding av terrestrisk og mikrobiell opprinnelse. Imidlertid var FI for DOM i ikke-CKDu grunnvann (gjennomsnitt: 1,64 ± 0.12) relativt større enn det i CKDu grunnvann (gjennomsnitt: 1.52 ± 0.17), noe som indikerer at DOM av CKDu grunnvann inneholder mer alloktont organisk materiale og mindre stedegne organisk materiale. Generelt har rennende grunnvann et sterkere terrestrisk signal enn stillestående grunnvann 38,39. Følgelig kan CKDu grunnvann med lavere FI ha bedre flytende tilstand. Det var ingen forskjeller mellom ikke-CKDu grunnvann og overflatevann når det gjelder FI. Som vist i fig. 1E, BIX-verdiene i CKDu grunnvann (gjennomsnitt: 0.81 ± {{20}}.09) og overflatevann (gjennomsnitt: {{ 27}}.79 ± 0.08) var signifikant lavere enn de i ikke-CKDu grunnvann (gjennomsnitt: 0.86 ± 0.08) (p < 0.05), noe som tyder på at DOM av ikke CKDu grunnvann utfører en egenskap med relativt høyere biologisk aktivitet40,41, som var i samsvar med FI. Det er en positiv korrelasjon mellom FI og BIX, som samsvarer med observasjoner av Dalmagro et al.42 og Qi et al.43. BIX ble foretrukket for å skille den biologiske aktiviteten til DOM mellom grunnvann og overflatevann44.

Fuktighetsindeksen (HIX) til DOM i CKDu-grunnvann (gjennomsnitt: 4,36 ± 2,16) var signifikant høyere enn i ikke-CKDu-grunnvann (gjennomsnitt: 3,15 ± 1,49) (p < 0}.01), og viser jo høyere humifiseringsgrad av DOM i CKDu grunnvann. Dette kan være forårsaket av overflatevann som fyller på CKDu-grunnvannet eller den sterkere mikrobielle aktiviteten til ikke-CKDu-grunnvann40,45. Økningen i humifiseringsgrad tilsvarer reduksjonen i H/C44. Disse organiske stoffene med lav H/C besto hovedsakelig av hydrofobe aromatiske forbindelser eller umettede forbindelser46. Derfor vil DOM av CKDu grunnvann inneholde mer hydrofobe aromatiske eller umettede forbindelser, som har en tendens til å være stabile og vedvarende. Zheng et al.18 og Makehelwala et al.19 viste også at DOM i grunnvann fra CKDu-endemiske områder inneholdt mer fulvinsyre og annen makromolekylær hydrofob humus.

Korrelasjonen mellom FI og HIX var ikke signifikant i denne studien (Supplerende Fig. 6). Kildeidentifikasjon basert på HIX var derfor ikke i samsvar med den basert på FI og BIX (tilleggsfigur 3). Frakoblingen mellom FI og HIX kan være forårsaket av komplekse hydrogeologiske forhold og menneskeskapte faktorer20. For eksempel kan endogent organisk materiale frigjøres fra sedimenter og/eller bergarter på grunn av vann-bergartinteraksjon 47.

Selv om de spektrale indeksene kan bidra til å raskt vurdere sammensetningen av DOM, beregnes alle indekser ved hjelp av faste bølgelengder13, som er mottakelige for påvirkning av flere interagerende fluoroforer, noe som fører til "forvrengning" ved evaluering av sammensetningen av komplekse organiske forbindelser fra blandede kilder48. Derfor bør tolkningen av fluorescensindikatorer være forsiktig, og PARAFAC må brukes for videre analyse.

Sensitive FDOM-komponenter i CKDu-relatert grunnvann Fire fluorescerende komponenter ble ekstrahert og bestått halvdelt validering (Supplerende Fig. 7, Supplerende Tabell 3). C1 var terrestriske humuslignende komponenter produsert gjennom biogeokjemisk prosessering av terrestrisk partikkelformet organisk materiale49, som lignet en kombinasjon av Coble A- og C-topper50; C2 var lik Coble M peak, mikrobielle humuslignende komponenter med lav molekylvekt, og kan dominere fluorescens DOM av avløpsvann51,52; C3 var humuslignende komponenter med høy molekylvekt, som er derivater av terrestrisk organisk materiale51,53; C4 var autoktone proteinlignende komponenter tilskrevet mikrobiell aktivitet54,55.

FDOM ble dominert av C1 og C2 med en overflod på 68,7 % og 62,9 % i henholdsvis CKDu og ikke-CKDu grunnvann (fig. 2), noe som indikerer den dominerende rollen til humuslignende stoffer. Den relative mengden av C1 (C1 %, 35,1 %) i CKDu grunnvann var signifikant høyere enn i ikke-CKDu grunnvann (28,0%, p < 0.01) , mens C2% og C3% i CKDu og ikke-CKDu grunnvann var like (p > 0.05). På grunn av de lignende geologiske og vanningsforholdene i studieområdet, er C2 sannsynligvis et biprodukt av organisk materiale produsert av in-situ mikrobielle aktiviteter eller noen humusstoffer som lett ble fraksjonert av mineraler56, og C3 kan være relatert til tilførsel av landbruksmaterialer57. Videre ble det påvist signifikant høyere C4% i DOM fra ikke-CKDu grunnvann (23,8%) enn DOM i CKDu grunnvann (17,3%, p < 0,01), noe som indikerer den større biotilgjengeligheten til DOM fra ikke-CKDu grunnvann. De lavere pH-verdiene til ikke-CKDu grunnvann støtter denne spekulasjonen (tilleggstabell 4), fordi protonet produseres under mikrobiell nedbrytning av organisk materiale58,59. C1 % i overflatevann var signifikant høyere enn i ikke-CKDu grunnvann (p < 0,01), men lik det iCKDu grunnvann(p > 0.05), noe som indikerer at økningen i C1 % i CKDu grunnvann kan være relatert til tilførsel av overflatevann.

To-komponent hovedkomponentanalysen viste at belastningene på C1 % var lokalisert i positiv retning av PC1, som utgjorde 43,9 % av variansene, og belastningene på C4 % ble lagt på den negative retningen til PC1 (fig. 3 ). Prøver nær den positive retningen til PC1 hadde generelt høy forekomst av humuslignende stoffer, og prøver nær den negative aksen til PC1 hadde generelt høy andel proteinlignende komponenter relatert til mikrobielle aktiviteter. Spesielt var rundt 50 % CKDu grunnvannsprøver og bare rundt 22 % av ikke-CKDu grunnvannsprøver lokalisert i den positive retningen til PC1. Den viste at CKDu grunnvann og ikke-CKDu grunnvann kunne skilles effektivt med C1% og C4%. Imidlertid så C4 ut til å være mottakelig for interferens fra mikrobiell bakgrunn i akviferer som resulterte i avvik i screening20. Dermed kan C1 med bedre stabilitet og utholdenhet i miljøet60, fortrinnsvis brukes til å gjenkjenne CKDu grunnvann. I mellomtiden presenterte HIX, a254 og SUVA254 positive belastninger til PC1, noe som indikerer deres assosiasjon med humuslignende stoffer (C1). For PC2 (22,2 %) ble C2 % og C3 % plassert i positiv retning. Rundt 53 % av CKDu grunnvannsprøver og 28 % av ikke-CKDu grunnvannsprøver var lokalisert i negativ retning av PC2. Men vurderer de tilsvarende C2% og C3% mellomCKDu grunnvannog ikke-CKDu grunnvann, kan anerkjennelsen av CKDu grunnvann med C2% og C3% være misvisende.

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