Att känna igen grundvattnet relaterat till kronisk njursjukdom av okänd etiologi genom humusliknande organiskt material

INTRODUKTION

Kronisk njursjukdom drabbar ~15 % av befolkningen världen över och är ett av de globala folkhälsoproblemen1. Hypertoni, diabetes och kronisk nefrit är vanligtvis de främsta orsakerna till kronisk njursjukdom2. Men en kronisk njursjukdom som inte är relaterad till de ovan nämnda orsakerna, nämligen kronisk njursjukdom avokänd etiologi(CKDu), har rapporterats i Centralamerika, Indien, Sri Lanka och andra platser. I Sri Lanka hotas hälsan för mer än 400,000 människor avCKDu, och denförekomst av CKDuär så hög som 15–23 % i North Central Province4,5. De flesta patienter som lider av CKDu har en låg levnadsstandard i jordbrukssamhällen i torra regioner6. Under de senaste åren har många studier visat att CKDu är förknippat med grundvattenkvalitet5,7 och att det inte finns tillräckligt med infrastruktur för att tillhandahålla renat dricksvatten. Enligt en undersökning är förekomsten av CKDu i CKDu-företrädande områden beroende av kvaliteten på dricksgrundvattnet för lokalbefolkningen, och fördelningen av rena grundvattenkällor och CKDu-relaterade grundvattenkällor var ojämn8. Därför har erkännandet av rena grundvattenkällor blivit en brådskande åtgärd för invånarna i CKDu-företrädande områden i utvecklingsländer som Sri Lanka5.

Klicka för att cistanche herba för njursjukdom

De oorganiska kemikalierna i grundvattnet har identifierats vara relaterade till förekomsten av CKDu i många studier9,10. Till exempel överstiger F−koncentrationerna i grundvattenprover från CKDu vanliga områden i Sri Lanka för det mesta den tröskelnivå (0,6 mg L−1) som definierats för Världshälsoorganisationen9; hårdheten och förhållandet mellan Ca2+ och Na+ i grundvatten från CKDu-endemiska områden är också högre än de i icke-CKDu-områden10,11. Dessutom är CKDu associerad med koncentrationer av tungmetaller med nefrotoxicitet (t.ex. Cd och Pb) och Si i grundvatten12–14. En nyligen genomförd studie har visat att organiska föreningar kan interagera med Ca2+ och SO4 2− genom komplexbildning, och komplexet är skadligt för mänskliga njurar15. Bildandet av vissa njursjukdomar är relaterat till löst organiskt kol (DOC) i grundvatten16. Överdriven mängd humusämnen kan orsaka döden av mänskliga njurceller baserat på en studie i endemiska områden med njursjukdom i Balka17. Men få studier har undersökt skillnaden i nyckelkomponenterna i löst organiskt material (DOM) mellan CKDu och icke-CKDu vattenkällor. De tillgängliga studierna visade att DOM i grundvatten från CKDu-endemiska områden var mer eldfast, högre aromatiskt och lägre biotillgängligt än det från icke-CKDu-områden18,19. Det är dock fortfarande okänt hur viktiga de känsliga komponenterna i DOM är för att känna igen CKDu-relaterade vattenkällor.

Excitation-mission matrisspektroskopi (EEM) har fördelarna med snabb mätning, hög känslighet och enkel förbearbetning. Det har använts i stor utsträckning för att karakterisera det fluorescerande DOM (FDOM)20. EEM i kombination med parallellfaktoranalys (EEM PARAFAC) kan effektivt avslöja de optiska egenskaperna hos DOM, identifiera de fluorescerande komponenterna och källorna till DOM och förtydliga transformationsprocessen för DOM21,22. Dessutom kan den också användas för att utforska de dynamiska förändringarna av DOM som påverkas av naturliga och mänskliga faktorer23,24. EEM−PARAFAC har den potentiella möjligheten att undersöka sambandet mellan DOM och grundvattenkvalitet20.

Därför syftade denna studie till att (1) bestämma de optiska egenskaperna, sammansättningen och källorna för FDOM i CKDu-relaterat och CKDu-relaterat grundvatten från Sri Lanka med EEM PARAFAC-teknik, (2) verifiera genomförbarheten av att använda viktiga fluorescerande komponenter för att identifiera CKDu-relaterade vattenkällor genom att kombinera med oorganiska känsliga kemikalier, och (3) föreslå ett verktyg för tidig varning och screening för CKDu-relaterade grundvattenkällor som använder viktiga fluorescerande komponenter. Denna studie kommer att ge en effektiv metod för att säkerställa säkerheten för dricksvatten, vilket är till hjälp för att förebygga och spåra CKDu.

Fig. 1 De spektrala indexen för DOM. Den övre punkten på den svarta rutan är maximum och den nedre är minimum; den övre gränsen för den svarta rutan är den 75:e percentilen och den nedre är den 25:e percentilen, och den mittersta vita kvadraten är medelvärdet. Densitetsdiagrammet utanför boxdiagrammet representerar densitetssannolikheten. Den signifikanta skillnaden p < 0.01 och den signifikanta skillnaden p < 0,05 har markerats med två asterisker respektive en asterisk i spektrala index mellan två olika grupper.

RESULTAT OCH DISKUSSION

DOC och EEM för DOM i CKDu-relaterat grundvatten

DOC-koncentrationer (3,25 ± 0,73 mgC L−1) i CKDu-grundvatten var signifikant lägre än de i ytvatten (4,65 ± 0,89 mgC L−1), men signifikant högre än de i icke-CKDu grundvatten (2,81 ± 0.76 mg L−1) (p < 0.05) (Kompletterande Fig. 2). Även om DOC-koncentrationer rapporterade av Cooray et al.25 var högre än de observerade data i denna studie, fann de också relativt högre DOC-koncentrationer (6,4 mgC L−1) i CKDu-prevalenta regioner än i icke-CKDu-prevalenta regioner (3,7 mgC L) −1). Det kan finnas två orsaker till skillnaden i DOC-koncentrationer mellan CKDu-grundvatten och icke-CKDu-grundvatten. En är att CKDu grundvatten sannolikt kommer att få mer ytvattenpåfyllning11,26, vilket ökar DOC-koncentrationen27,28. Den andra är att starkare mikrobiell aktivitet i icke-CKDu-grundvatten (Fig. 1E, Kompletterande Fig. 3) skulle bryta ner mer organiska ämnen till oorganiska ämnen29, vilket diskuteras nedan.

a254-värdena i CKDu grundvatten (median: 5,07 m−1) var högre än de i icke-CKDu grundvatten (median: 4,38 m−1) (kompletterande Fig. 2), vilket indikerar att DOM av CKDu grundvatten består av mer omättat DOM. Generellt sett var koncentrationerna av omättad DOM (a254) i naturligt grundvatten mindre än 1 m−1 30–32. I denna studie var det lägsta a254-värdet i alla grundvattenprover 1,15 m−1 (kompletterande tabell 1), vilket indikerar att både CKDu och icke-CKDu grundvatten kan vara förorenat i viss utsträckning. Jämfört med grundvatten hade ytvatten högre a254-värden (median:10,48 m−1), vilket skulle vara ett resultat av antropogena aktiviteter. Dessutom finns det en signifikant positiv korrelation mellan DOC-koncentrationer och a254 (tilläggsbild 4), vilket indikerar att ökningen av DOC kan tillskrivas antropogen tillförsel.

EEM-egenskaperna för DOM från icke-CKDu-grundvatten skilde sig från de från CKDu-grundvatten och ytvatten (kompletterande bild 5). EEM för icke-CKDu-grundvatten gav en relativt starkare T-toppsignal men svagare A-toppsignal (kompletterande tabell 2) i förhållande till CKDu-grundvatten, vilket indikerade att icke-CKDu-grundvatten innehöll mer bioaktiva tryptofanliknande ämnen33,34. Omvänt förlängdes toppen A-regionen i EEMs av DOM från CKDu grundvatten och ytvatten till en platå mellan topparna M och C, vilket indikerar den dominerande rollen av humusliknande organiskt material i CKDu grundvatten och ytvatten. Dessutom indikerade den liknande EEM-funktionen hos DOM mellan CKDu grundvatten och ytvatten att interaktion mellan grundvatten och ytvatten kan ha inträffat och ytvatten laddade grundvatten.

Spektralindex för DOM i CKDu-relaterat grundvatten Som visas i Fig. 1, i termer av DOM-aromaticitet (SUVA254), liknade CKDu-grundvatten (medelvärde: 0.78 ± 0.37) icke -CKDu grundvatten (medelvärde: 0.78 ± {{10}}.33) (p > 0.05). Flera CKDu grundvattenprover uppvisade dock hög DOM-aromaticitet, vilket är relaterat till deras höga a254 (kompletterande fig. 4). Den signifikanta positiva korrelationen mellan a254 och SUVA254 indikerade att den aromatiska DOM dominerade över den omättade DOM. Den spektrala lutningen (S275–295) för CKDu-grundvatten (medelvärde: 20,5 ± 6,7) var relativt lägre än icke-CKDu-grundvatten (medelvärde: 23,7 ± 9,4), vilket indikerar att CKDu-grundvatten är berikat med organiskt material med hög molekylvikt. Det kan hänföras till de starkare mikrobiella aktiviteterna35 i icke-CKDu grundvatten med relativt högre biologiskt index (BIX) värden (Fig. 1E). Mikroorganismer kan sönderdela OM-liknande lignin med hög molekylvikt till OM-liknande aromatiska föreningar med låg molekylvikt36,37

Fluorescensindexet (FI) för DOM i alla prover varierade från 1,26 till 1,88, vilket indikerar den svagare autoktona egenskapen och en blandning av terrestra och mikrobiellt ursprung. Emellertid var FI för DOM i icke-CKDu grundvatten (medelvärde: 1,64 ± 0.12) relativt sett högre än det i CKDu grundvatten (medelvärde: 1.52 ± 0.17), vilket indikerar att DOM av CKDu grundvatten innehåller mer alloktont organiskt material och mindre inhemskt organiskt material. Generellt sett har strömmande grundvatten en starkare marksignal än stillastående grundvatten 38,39. Följaktligen kan CKDu-grundvatten med lägre FI ha bättre flytande tillstånd. Det fanns inga skillnader mellan icke-CKDu grundvatten och ytvatten när det gäller FI. Som visas i Fig. 1E, BIX-värdena i CKDu grundvatten (medelvärde: 0.81 ± {{20}}.09) och ytvatten (medelvärde: {{ 27}}.79 ± 0.08) var signifikant lägre än de i icke-CKDu grundvatten (medelvärde: 0.86 ± 0.08) (p < 0.05), vilket tyder på att DOM av icke CKDu grundvatten har en egenskap av relativt högre biologisk aktivitet40,41, vilket var i enlighet med FI. Det finns en positiv korrelation mellan FI och BIX, vilket överensstämmer med observationer av Dalmagro et al.42 och Qi et al.43. BIX föredrogs för att skilja den biologiska aktiviteten av DOM mellan grundvatten och ytvatten44.

Fuktningsindexet (HIX) för DOM i CKDu grundvatten (medelvärde: 4,36 ± 2,16) var signifikant högre än i icke-CKDu grundvatten (medelvärde: 3,15 ± 1,49) (p < 0.01), vilket visar den större humifieringsgrad av DOM i CKDu grundvatten. Detta kan orsakas av ytvatten som fyller på CKDu-grundvattnet eller den starkare mikrobiella aktiviteten hos icke-CKDu-grundvatten40,45. Ökningen i humifieringsgrad motsvarar minskningen av H/C44. Dessa organiska ämnen med lågt H/C bestod huvudsakligen av hydrofoba aromatiska föreningar eller omättade föreningar46. Därför skulle DOM av CKDu-grundvatten innehålla mer hydrofoba aromatiska eller omättade föreningar, som tenderar att vara stabila och beständiga. Zheng et al.18 och Makehelwala et al.19 visade också att DOM i grundvatten från CKDu-endemiska områden innehöll mer fulvinsyra och annan makromolekylär hydrofob humus.

Korrelationen mellan FI och HIX var inte signifikant i denna studie (kompletterande figur 6). Källidentifiering baserad på HIX var därför inte i överensstämmelse med den baserad på FI och BIX (tilläggsbild 3). Frikopplingen mellan FI och HIX kan orsakas av de komplexa hydrogeologiska förhållandena och antropogena faktorer20. Till exempel kan endogent organiskt material frigöras från sediment och/eller bergarter på grund av interaktion mellan vatten och berg 47.

Även om de spektrala indexen kan hjälpa till att snabbt bedöma sammansättningen av DOM, beräknas alla index med hjälp av fasta våglängder13, som är känsliga för påverkan av flera interagerande fluoroforer, vilket leder till "distorsion" vid utvärdering av sammansättningen av komplexa organiska föreningar från blandade källor48. Därför bör tolkningen av fluorescensindikatorer vara försiktig, och PARAFAC måste användas för ytterligare analys.

Känsliga FDOM-komponenter i CKDu-relaterat grundvatten Fyra fluorescerande komponenter extraherades och klarade halvdelad validering (kompletterande fig. 7, tilläggstabell 3). C1 var jordnära humusliknande komponenter framställda genom biogeokemisk bearbetning av jordbundet partikelformigt organiskt material49, som liknade en kombination av Coble A- och C-toppar50; C2 liknade Coble M-topp, mikrobiella humusliknande komponenter med låg molekylvikt och kan dominera fluorescens DOM av avloppsvatten51,52; C3 var humusliknande komponenter med hög molekylvikt, vilket är derivat av terrestra organiskt material51,53; C4 var autoktona proteinliknande komponenter som tillskrevs mikrobiell aktivitet54,55.

FDOM dominerades av C1 och C2 med ett överflöd av 68,7 % och 62,9 % i CKDu respektive icke-CKDu grundvatten (Fig. 2), vilket indikerar den dominerande rollen för humusliknande ämnen. Den relativa förekomsten av C1 (C1%, 35,1%) i CKDu-grundvatten var signifikant högre än i icke-CKDu-grundvatten (28,0%, p < 0.01) , medan C2% och C3% i CKDu och icke-CKDu grundvatten var likartade (p > 0.05). På grund av de liknande geologiska och bevattningsförhållandena i studieområdet är C2 sannolikt en biprodukt av organiskt material som produceras av mikrobiella aktiviteter på plats eller vissa humusämnen som lätt fraktionerades av mineraler56, och C3 kan vara relaterad till insats av jordbruksmaterial57. Dessutom upptäcktes signifikant högre C4% i DOM från icke-CKDu grundvatten (23,8%) än DOM i CKDu grundvatten (17,3%, p < 0,01), vilket indikerar den större biotillgängligheten av DOM från icke-CKDu grundvatten. De lägre pH-värdena för icke-CKDu grundvatten stödjer denna spekulation (kompletterande tabell 4), eftersom protonen produceras under mikrobiell nedbrytning av organiskt material58,59. C1 % i ytvatten var signifikant högre än i icke-CKDu grundvatten (p < 0,01), men liknar det iCKDu grundvatten(p > 0.05), vilket indikerar att ökningen av C1% i CKDu grundvatten kan vara relaterad till tillförseln av ytvatten.

Tvåkomponents huvudkomponentanalysen visade att belastningarna av C1% var lokaliserade i den positiva riktningen av PC1, vilket stod för 43,9% av varianserna, och laddningarna av C4% lades på den negativa riktningen av PC1 (Fig. 3 ). Prover nära den positiva riktningen för PC1 hade i allmänhet hög förekomst av humusliknande ämnen, och prover nära PC1:s negativa axel hade i allmänhet hög andel proteinliknande komponenter relaterade till mikrobiella aktiviteter. Noterbart var att cirka 50 % CKDu grundvattenprover och endast cirka 22 % av icke-CKDu grundvattenprover var lokaliserade i den positiva riktningen av PC1. Den visade att CKDu grundvatten och icke-CKDu grundvatten kunde särskiljas effektivt med C1% och C4%. C4 verkade dock vara mottaglig för interferens från mikrobiell bakgrund i akviferer vilket resulterade i avvikelser i screening20. Således kan C1 med bättre stabilitet och beständighet i miljön60 med fördel användas för att känna igen CKDu grundvatten. Samtidigt presenterade HIX, a254 och SUVA254 positiva laddningar till PC1, vilket indikerar deras association med humusliknande ämnen (C1). För PC2 (22,2%) placerades C2% och C3% i positiv riktning. Omkring 53 % av CKDu grundvattenprover och 28 % av icke-CKDu grundvattenprover var lokaliserade i negativ riktning mot PC2. Men med tanke på liknande C2% och C3% mellanCKDu grundvattenoch icke-CKDu-grundvatten, kan erkännandet av CKDu-grundvatten med C2% och C3% vara missvisande.

Supportive Service Of Wecistanche - Den största cistanche-exportören i Kina:

E-post:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel:+86 15292862950

Handla för fler specifikationer:

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

FÅ NATURLIGT ORGANISKT CISTANCHEEXTRAKT MED 25 % ECHINACOSID OCH 9 % ACTEOSID FÖR NJURINFEKTION