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Jun 25, 2023

Gehalt ausgewählter Schwermetalle im Nabelschnurblut und anthropometrische Daten von Müttern und Neugeborenen in Polen: vorläufige Daten

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 14077 (2023) Diesen Artikel zitieren 1 Altmetric Metrics Details Die Fähigkeit, Metalle in Organen und Geweben anzusammeln, führt zu Störungen im

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 14077 (2023) Diesen Artikel zitieren

1 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Die Fähigkeit, Metalle in Organen und Gewebe anzusammeln, führt zu Störungen der physiologischen Funktion des Körpers und verursacht oxidativen Stress. Dies wirkt sich negativ auf die Funktion der Plazenta aus und kann zu Fehlgeburten, Frühgeburten und Wachstumsstörungen des Fötus führen. Ziel der Studie war es, den Zusammenhang zwischen den Konzentrationen ausgewählter Schwermetalle im Nabelschnurblut und anthropometrischen Parametern von Müttern und Neugeborenen zu untersuchen. Der Gehalt an Elementen im Nabelschnurblut wurde durch hochauflösende optische Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) bestimmt. Die Studienergebnisse wurden mit der IBM SPSS Statistics-Software (PS IMAGO) gesammelt und statistisch analysiert. Der Pearson-Korrelationskoeffizient wurde verwendet, um Zusammenhänge zwischen ausgewählten Variablen zu testen. Eine Regressionsanalyse wurde durchgeführt, um Prädiktoren für anthropometrische Parameter der untersuchten Frauen und Neugeborenen zu identifizieren. Die Studiengruppe bestand aus Frauen im Alter von 19–41 Jahren, deren Schwangerschaft komplikationslos verlief und die weder durch Arbeit noch durch Rauchen Schwermetallen ausgesetzt waren. Die folgenden Metalle wurden in allen gesammelten Nabelschnurblutproben identifiziert: Blei (26,25 ± 9,32 µg/L), Zink (2025,24 ± 717,83 µg/L), Kupfer (749,85 ± 203,86 µg/L), Mangan (32,55 ± 13,58 µg/L). ), Chrom (8,34 ± 2,16 µg/L) und Selen (158,46 ± 41,58 µg/L). Die durchgeführte statistische Analyse zeigte den Zusammenhang zwischen dem Kupfergehalt im Nabelschnurblut und der Gewichtszunahme schwangerer Frauen. Es wurde ein signifikanter Zusammenhang zwischen dem Kopfumfang des Neugeborenen und dem Chromgehalt beobachtet. Darüber hinaus wurden signifikante positive Korrelationen zwischen dem Gehalt an Zink und Kupfer, Mangan und Blei, Mangan und Selen, Blei und Selen sowie Blei und Chrom im Nabelschnurblut gefunden. Das Verhältnis der Zink- zu Kupferkonzentrationen stand im Zusammenhang mit dem Kopfumfang des Neugeborenen. Die Gewichtszunahme schwangerer Frauen korreliert positiv mit dem Kupferspiegel im Nabelschnurblut. Es besteht ein Zusammenhang zwischen dem Kopfumfang bei der Geburt und der Chromkonzentration im Nabelschnurblut. Der Kupfer- und Zinkspiegel im Nabelschnurblut korreliert positiv mit dem Kopfumfang bei der Geburt.

Die Konzentration von Schwermetallen in der Umwelt variiert erheblich und kann von der Art des Metalls, seiner chemischen Form, der Nähe von Ballungsräumen oder stark befahrenen Straßen und sogar von den in einem bestimmten Gebiet vorkommenden Pflanzenarten abhängen. Der Schwermetallgehalt im menschlichen Gewebe hängt auch von der Lebensweise des Einzelnen ab, z. B. vom Rauchen. Die Anreicherung von Schwermetallen in Organen wie Gehirn, Herz, Leber und Nieren beeinträchtigt die körperliche Funktion des Körpers, schädigt Stoffwechselprozesse und verursacht oxidativen Stress1. Umweltbedingte Risikofaktoren, die sich auf Schwangerschaft und Geburt auswirken, entfalten ihre Wirkung nicht nur während der Schwangerschaft, sondern auch während der Präkonzeption. Schwermetalle können sowohl die männliche als auch die weibliche Fortpflanzungsfunktion beeinträchtigen. Sie können den Menstruationszyklus stören, zu Empfängnisschwierigkeiten führen und sogar Geburtsfehler verursachen2,3,4. Umweltverschmutzung kann sich auf die Spermienqualität auswirken5,6. Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass Umweltverschmutzung nicht nur negative Auswirkungen auf die menschliche Fruchtbarkeit, sondern auch auf die Schwangerschaft haben und zu Schwangerschaftskomplikationen und negativen Schwangerschaftsausgängen führen kann6,7. Die Plazenta, die dem Fötus als Schutzbarriere gegen Giftstoffe dient, ist für Schwermetalle durchlässig. Das durch Schwermetalle verursachte Redox-Ungleichgewicht hat negative Auswirkungen auf die Plazentafunktion. Dies kann zu einem Schwangerschaftsversagen (z. B. einer Fehlgeburt), einer Frühgeburt oder einer Wachstumsbeschränkung des Fötus führen6,7. Die Schwermetallkonzentration im Nabelschnurblut spiegelt die tatsächliche Menge der Metalle wider, die die Plazentaschranke passieren und den Fötus erreichen8. Die Exposition schwangerer Frauen gegenüber Schwermetallen führt zu einer Anreicherung der Metalle im Nabelschnurblut und kann Auswirkungen auf die anthropometrischen Parameter bei Neugeborenen haben. Aufgrund seiner Fähigkeit, die Plazenta leicht zu passieren, kann Blei die Entwicklung des Fötus und später des Neugeborenen negativ beeinflussen. In den Knochen angesammelt, kann es in den Blutkreislauf der Mutter abgegeben werden und dann den Fötus erreichen. Blei hat eine neurotoxische Wirkung und stört die neurologische Entwicklung des Fötus. Darüber hinaus weist fötales Hämoglobin eine größere Affinität zu Blei auf als erwachsenes Hämoglobin. Der weibliche Körper ist anfälliger für die Wirkung von Cadmium als der männliche. Durch seine Wirkung auf Hormonbahnen und die Entstehung von oxidativem Stress kann Cadmium eine Rolle bei Schwangerschaftsverlusten und anderen geburtshilflichen Misserfolgen spielen7. Es gibt auch Berichte über den Zusammenhang zwischen der pränatalen Cadmiumbelastung und niedrigem Geburtsgewicht, geringer Geburtslänge und geringem Kopfumfang9. Die Exposition gegenüber Chrom während der Schwangerschaft kann mit einer Wachstumsbeschränkung des Fötus verbunden sein. Eine höhere Chromkonzentration in biologischen Proben von schwangeren Frauen ist mit einem kleineren Bauchumfang und einem geringeren Gewicht des Fötus verbunden, wie mittels Ultraschall festgestellt wurde10,11. Spurenelemente wie Zink, Kupfer und Selen spielen eine wichtige Rolle für das normale Wachstum des Fötus, weshalb ihr ausreichender Gehalt im Nabelschnurblut für die Entwicklung des Fötus von entscheidender Bedeutung ist. Darüber hinaus korrelieren diese Elemente positiv mit dem Geburtsgewicht von Neugeborenen12. Andere Studien deuten darauf hin, dass der Kupfer- oder Manganspiegel signifikant mit einem geringeren Körpergewicht bei Neugeborenen verbunden ist13,14. Mangan ist ein wichtiges Antioxidans in der Schwangerschaft, aber seine niedrige und hohe Konzentration im Nabelschnurblut kann die anthropometrischen Geburtsparameter beeinflussen15. Analysen des Einflusses von Schwermetallen wie Nickel, Thallium oder Antimon auf anthropometrische Parameter bei Neugeborenen haben gezeigt, dass diese Metalle trotz ihrer geringen Konzentration im Nabelschnurblut einen negativen Einfluss auf das fetale Wachstum haben16. Die am häufigsten zur Beurteilung der Belastung durch Umweltschadstoffe verwendeten biologischen Materialien sind Blut, das zur Bestimmung der Konzentrationen relativ persistenter Verbindungen, also solcher mit einer Halbwertszeit von mehreren Monaten oder Jahren, verwendet wird, und Urin, der zur Beurteilung verwendet wird die Konzentrationen nicht persistenter Verbindungen, also solcher, deren Halbwertszeit in Stunden gemessen wird17.

Ziel der vorliegenden Studie war es, den Zusammenhang zwischen den Konzentrationen ausgewählter Schwermetalle im Nabelschnurblut und anthropometrischen Parametern von Müttern und ihren Neugeborenen zu untersuchen. Die in der Studie analysierten Spurenelemente sind Bestandteile von PM10- und PM2,5-Feinstaub sowie Boden- und Trinkwasserverunreinigungen. Die Exposition gegenüber den toxischen Wirkungen von Schwermetallen in der präkonzeptionellen und pränatalen Phase ist ein wichtiger Indikator für die Gesundheit von Kindern und Erwachsenen auf der ganzen Welt, und in diesem Zusammenhang wird die Umweltverschmutzung zu einem immer größeren Problem.

Die Studie wurde an 134 Frauen durchgeführt, die in Krankenhäusern in Lublin, Polen, ihr Kind zur Welt brachten. Die Frauen waren Bewohner der Provinz Lublin, die im Osten Polens nahe der Landesgrenze zu Weißrussland und der Ukraine liegt. Die Ostgrenze der Region ist Teil der Ostgrenze der Europäischen Union. Das wichtigste Klimaproblem in der Region sind die Emissionen einzelner Hausheizungen und des Straßenverkehrs. Erhöhte Feinstaubwerte (PM10 und PM2,5) in der Luft werden vor allem in den kalten Monaten gemessen, wenn die Schadstoffbelastung durch emissionsarme Quellen höher ist. Die Umweltwerte der in der Region überwachten Schwermetalle sind relativ niedrig und liegen unter den Ziel- und Grenzwerten. Die Provinz Lublin liegt in Bezug auf den Verschmutzungsgrad im Mittelfeld der polnischen Regionen18,19. Die Studie wurde im Unabhängigen Öffentlichen Regionalkrankenhaus „Johannes von Gott“ in Lublin und im Kardinal-Stefan-Wyszynski-Regionalspezialkrankenhaus in Lublin durchgeführt. Die Forschung wurde von November bis Dezember 2020 aufgrund der Einführung eines Lockdowns in Polen im Zusammenhang mit dem Auftreten von SARS-CoV-2 ausgesetzt. Aus diesem Grund ist es schwierig, die Mindestanzahl der Personen in der Stichprobe zu berechnen.

Die in der Studie analysierten Nabelschnurblutproben wurden zwischen 2020 und 2021 entnommen. Die Studie wurde nach Zustimmung der Leiter der Kreißsäle, in denen die Studie durchgeführt wurde, durchgeführt.

An der Studie nahmen alle Frauen teil, die der Teilnahme an der Studie zustimmten und die Einschlusskriterien erfüllten. Die Kriterien für die Aufnahme in die Studie waren wie folgt: Wohnort – Landkreis Lublin, Alter 18 Jahre oder älter, alleinstehende, unkomplizierte Schwangerschaft, Entbindung ≥ 38 Schwangerschaftswochen, Einwilligung der Patientin. Die Ausschlusskriterien waren wie folgt: Tabakkonsum, Konsum psychoaktiver Substanzen, Diagnose von Krebs oder anderen Erkrankungen, die eine Schwangerschaft erschweren, langfristige berufliche Schwermetallexposition, Mehrlingsschwangerschaft, Alter der Mutter unter 18 Jahren. Für die Studie wurden zunächst insgesamt 200 gebärende Frauen rekrutiert. Da einige der Frauen jedoch nicht alle Einschlusskriterien erfüllten, wurden in der Studie letztlich 134 Blutproben analysiert.

Die anthropometrischen Daten der in die Studie einbezogenen Mütter und Neugeborenen wurden mittels einer diagnostischen Befragung anhand eines standardisierten Fragebogens erhoben. Folgende Daten der untersuchten Frauen wurden erhoben: Alter, Körpergewicht vor der Schwangerschaft und Gewichtszunahme während der Schwangerschaft. Die gesammelten Informationen zu den Neugeborenen umfassten die folgenden anthropometrischen Parameter: Geburtsgewicht (in Gramm), Geburtslänge (in Zentimetern), Kopfumfang und Brustumfang bei der Geburt (in Zentimetern).

Der Kopfumfang wird mit einem Zentimeterband in fronto-okzipitaler Richtung auf Höhe des Tuberculum frontalis und des Hinterhauptsvorsprungs gemessen. Der Kopfumfang eines eutrophen Neugeborenen beträgt 34–35 cm. Die Messung des Brustumfangs erfolgt an der vorderen Brustwand auf Höhe der Brustwarzen, auf der Rückseite an der Linie der unteren Winkel der Schulterblätter. Der Brustumfang eines eutrophen Neugeborenen beträgt 32–33 cm.

Die Messung der Körperlänge des Neugeborenen beginnt mit der Messung der SI-Parietal-Hals-Länge – vom hinteren (kleinen) Parietal entlang der Wirbelsäule bis zum Beginn des Sulcus glutealis. Dann sollte der Zentimeter entlang der unteren Extremität bis zur Kniebeugung und weiter bis zur Ferse des Neugeborenen getragen werden. Die Körperlänge liegt zwischen 46 und 54 cm.

Alle Daten zu den in die Studie einbezogenen Frauen wurden von ihnen im Fragebogen bereitgestellt. Anthropometrische Messungen an Neugeborenen wurden von den Forschern selbst in den ersten Lebensstunden des Neugeborenen durchgeführt (die gleichen Messergebnisse wurden in der medizinischen Dokumentation von Neugeborenen festgehalten: Gesundheitsgeschichte des Neugeborenen und Gesundheitsbuch des Babys).

Nach dem Durchtrennen der Nabelschnur wurde Blut aus den Nabelgefäßen in metallfreien Röhrchen mit Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)-Dinatriumsalz-Dihydrat gesammelt. Jede Probe wurde mit der Codenummer des Patienten gekennzeichnet, wie im Fragebogen und in der Einverständniserklärung zur Studienteilnahme angegeben. Die Proben wurden dann bis zur Durchführung der chemischen Analyse bei –25 °C gelagert. Der Aufschluss der Blutprobe erfolgte mit dem Heizblock DigiPREP (SCP Science). Nach der Entnahme aus dem Kühlschrank wurden die Proben stehen gelassen, bis sie Papiertemperatur erreichten. Dann wurden 2 ml Blut in DigiTUBE entnommen, 1,8 ml 65 % HNO3 Suprapur und 3,4 ml entionisiertes Wasser hinzugefügt. Der Aufschluss erfolgte in geschlossenen Gefäßen bei einer Temperatur von 120 °C für 90 Minuten. Aufgeschlossene Proben wurden filtriert und quantitativ in Digitube-Gefäße überführt und mit entionisiertem Wasser auf 10 ml aufgefüllt.

Der Schwermetallgehalt in den Nabelschnurblutproben wurde mittels hochauflösender optischer Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) (PlasmaQuant PQ 9000 Elite, Analytik Jena) gemessen. Die Richtigkeit der Methode wurde anhand zertifizierter Matrix-Referenzmaterialien ermittelt. Der Gasfluss wurde wie folgt eingestellt: Zerstäubergas 0,6 l/min, Hilfsgas 0,5 l/min, Plasmagas 14,0 l/min. Die folgenden Analyselinien wurden zur Analyse verwendet: Se – 196.0280 nm, Zn 206.2000 nm, Cu 213.5981 nm, Pb 220.3534 nm, Cd 228.8018 nm, Mn 257.6100 nm, Cr 267, 7160 nm und die Signallesezeit betrug 3 s. Der axiale Lesemodus wird für alle Elemente verwendet, mit Ausnahme von Mangan, das mithilfe des abgeschwächten Axialmodus bestimmt wurde. Die Probentransportrate wurde auf 1,0 ml/min eingestellt. Konzentrationsmessungen für jede Probe wurden dreifach durchgeführt. Die Genauigkeit der Methode wurde anhand zertifizierter Referenzmaterialien (Seronom Whole Blood L2&L3) ermittelt. Die Werte der Quantifizierungsgrenzen für die analysierten Elemente in den Proben nach dem Aufschluss waren wie folgt: Zn, Se, Pb, Cu – 5 μg/L, Cr, Mn – 1 μg/L.

Für die Analyse wurden zunächst folgende Metalle ausgewählt: Blei, Cadmium, Chrom, Nickel, Zink, Kupfer, Molybdän, Mangan, Kobalt, Antimon, Thallium, Vanadium und Selen. In allen entnommenen Nabelschnurblutproben wurden folgende Metalle gefunden: Blei, Zink, Kupfer, Mangan und Selen. Die Konzentrationen anderer Metalle (Cadmium, Nickel, Molybdän, Kobalt, Antimon, Thallium und Vanadium) lagen unter der Nachweisgrenze (LOD).

Die Präzision der Messungen des Schwermetallspiegels im Nabelschnurblut wurde anhand des prozentualen Varianzkoeffizienten (CV%) bewertet. Die geringste Präzision wurde bei den Messungen der Bleikonzentration festgestellt, während die höchste Präzision bei Zink und Mangan festgestellt wurde, was auf die Konzentration der Metalle im Nabelschnurblut zurückzuführen ist. Die Ergebnisse der Messungen für 95 %-Konfidenzintervalle (95 %-KI) sind in Abb. 1 dargestellt.

Variabilität der Schwermetallspiegel im Nabelschnurblut im Verhältnis zum Mittelwert − CV [%].

Die Studie wurde in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Deklaration von Helsinki durchgeführt und das Studiendesign wurde vom Bioethikausschuss der Medizinischen Universität Lublin genehmigt (KE-0254/280/2018).

Die Studienergebnisse wurden mit der IBM SPSS Statistics-Software (PS IMAGO) gesammelt und statistisch analysiert. Die Werte der in der Studie analysierten messbaren Parameter wurden anhand der Werte Mittelwert (M), Standardabweichung (SD), Median (me), Minimum (Min) und Maximum (Max) dargestellt. Der Pearson-Korrelationskoeffizient wurde verwendet, um Zusammenhänge zwischen ausgewählten Variablen zu testen. Eine Regressionsanalyse wurde durchgeführt, um Prädiktoren für anthropometrische Parameter der untersuchten Frauen und Neugeborenen zu identifizieren. Zur Auswertung der Variablen wurde eine Regressionsanalyse mit moderierenden Faktoren durchgeführt (F-Test). Das Niveau der statistischen Signifikanz wurde auf p < 0,05 festgelegt.

Die Studie wurde in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Deklaration von Helsinki durchgeführt und das Studiendesign wurde vom Bioethikausschuss der Medizinischen Universität Lublin genehmigt (KE-0254/280/2018). Von allen Studienteilnehmern wurde eine Einverständniserklärung eingeholt. Alle Methoden werden in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften durchgeführt.

Das Durchschnittsalter der Frauen betrug 30,07 ± 4,29 Jahre, die Gewichtszunahme während der Schwangerschaft betrug 4,00–43,00 kg, der Mittelwert lag bei 14,34 ± 6,73 kg. Ihr Körpergewicht vor der Schwangerschaft betrug 78,78 ± 10,81 kg. Das mittlere Geburtsgewicht der untersuchten Neugeborenen betrug 3501,49 ± 442,68 g. Ihre Körperlänge betrug 50–58 cm, im Mittel 54,10 ± 2,07 cm. Der mittlere Kopfumfang betrug 34,06 ± 1,35 cm und der mittlere Brustumfang 33,87 ± 1,58 cm.

Tabelle 1 zeigt die mittleren Schwermetallkonzentrationen. Die Zinkkonzentration in den Proben erreichte im Vergleich zu den anderen analysierten Metallen den höchsten Wert und betrug 1165–4592 µg/L. Die mittlere Mangankonzentration betrug 32,55 ± 13,58 µg/L. Der mittlere Bleigehalt im Nabelschnurblut betrug 26,25 ± 9,32 µg/L, wobei die höchste Konzentration bei 49,45 µg/L lag. Der mittlere Kupfergehalt betrug 749,85 ± 203,86 µg/L. Der Chromgehalt lag zwischen 4,99 µg/L und 14,73 µg/L und war der niedrigste aller analysierten Elemente.

Tabelle 2 zeigt Korrelationen zwischen Schwermetallkonzentrationen im Nabelschnurblut und soziodemografischen und anthropometrischen Daten von Müttern und Neugeborenen. Die statistische Analyse ergab keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen dem Gehalt an Schwermetallen im Nabelschnurblut und dem Alter der Befragten (p > 0,05).

Die Analyse der Korrelationen zwischen dem Schwermetallgehalt im Nabelschnurblut und dem Körpergewicht vor der Schwangerschaft ergab keine statistisch signifikanten Unterschiede (p > 0,05). Allerdings bestand eine schwache positive Korrelation zwischen der mittleren Kupferkonzentration im Nabelschnurblut und der Gewichtszunahme in der Schwangerschaft (p = 0,023).

Es wurde eine positive Korrelation zwischen der Bleikonzentration und dem Geburtsgewicht beobachtet (p = 0,047). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Chromkonzentration im Nabelschnurblut vom Kopfumfang der Neugeborenen abhängt – je größer der Umfang, desto niedriger der Chromgehalt (p = 0,021). Es wurde kein Zusammenhang zwischen der Körperlänge und dem Brustumfang der Neugeborenen und dem Schwermetallgehalt im Nabelschnurblut gefunden (p > 0,05).

Die für drei Variablenpaare durchgeführte univariate Regressionsanalyse ist in Tabelle 3 dargestellt. Im ersten Fall war die erklärte Variable die Gewichtszunahme während der Schwangerschaft der an der Studie teilnehmenden Frauen und die erklärende Variable der Kupfergehalt des Nabelschnurbluts . Basierend auf den Regressionskoeffizienten kann gefolgert werden, dass die Kupferkonzentration im Nabelschnurblut positiv mit der Gewichtszunahme während der Schwangerschaft zusammenhängt (β = 0,278; p < 0,05). Das Ergebnis des F-Tests war statistisch signifikant und das getestete Modell erklärt 7,7 % der Variation der abhängigen Variablen.

Im zweiten Fall war die erklärende Variable das Geburtsgewicht des Neugeborenen und die erklärende Variable der Bleigehalt im Nabelschnurblut. Die Regressionsanalyse ergab, dass das Geburtsgewicht des Neugeborenen umso höher war, je höher der Bleigehalt im Nabelschnurblut war (β = 0,211; p > 0,05). Das getestete Modell erklärte 21,0 % der Varianz, das Ergebnis des F-Tests war jedoch statistisch nicht signifikant.

Im dritten Fall wurde eine Regressionsanalyse durchgeführt, bei der die erklärte Variable der Kopfumfang des Neugeborenen und die erklärende Variable die Chromkonzentration im Nabelschnurblut war. Je höher die Chromkonzentration im Nabelschnurblut, desto kleiner ist der Kopfumfang des Neugeborenen (β = − 0,499; p < 0,05). Das getestete Modell erklärte 49,9 % der abhängigen Variablen und das F-Testergebnis war statistisch signifikant (F = 6,306; p < 0,05).

Die Ergebnisse der statistischen Analyse zeigten signifikante positive Korrelationen zwischen dem Gehalt an Zink und Kupfer, Mangan und Blei, Mangan und Selen, Blei und Selen sowie Blei und Chrom. Die Korrelationswerte lagen zwischen 0,447 und 0,842 (p < 0,001) – Tabelle 4.

Tabelle 5 zeigt eine Korrelationsanalyse zwischen den Konzentrationsverhältnissen ausgewählter Schwermetalle im Nabelschnurblut und anthropometrischen Variablen bei den untersuchten Müttern und Neugeborenen. Wir fanden eine statistisch signifikante positive Korrelation zwischen dem Kupfer- und Zinkkonzentrationsverhältnis und dem Kopfumfang des Neugeborenen (p = 0,031). Es gab keine statistisch signifikanten Korrelationen zwischen den demografischen und medizinischen Variablen bei Müttern und Neugeborenen und den Blei/Selen- und Mangan/Selen-Konzentrationsverhältnissen im Nabelschnurblut (p > 0,05).

Die Überwachung der menschlichen Exposition gegenüber Umweltchemikalien ist durch die Analyse der Konzentrationen einzelner Substanzen in biologischen Proben möglich17. In den in der vorliegenden Studie analysierten Nabelschnurblutproben wurden folgende Metalle identifiziert: Blei, Zink, Kupfer, Mangan, Selen, Chrom. Die Gehalte anderer Metalle: Cadmium, Nickel, Molybdän, Kobalt, Antimon, Thallium und Vanadium lagen unter LOD. Dies könnte auf eine geringe Umweltexposition gegenüber diesen Elementen oder eine hohe Effizienz der Plazentaschranke bei Frauen aus dem Kreis Lublin hinweisen. Studien, die in Regionen Polens durchgeführt wurden, die stärker verschmutzt sind als die Provinz Lublin – in Kleinpolen und Schlesien –, zeigten das Vorhandensein von Cadmium im Nabelschnurblut, das in der vorliegenden Studie nicht beobachtet wurde20,21,22,23,24,25. In einer Studie von Kiebała et al. Bezüglich des Gehalts an Chrom, Kupfer, Nickel, Blei und Zink im Straßenstaub, der entlang der Hauptverkehrswege in Lublin gesammelt wurde, wurde die höchste Konzentration (von allen untersuchten Metallen) für Zink und die niedrigste für Blei beobachtet23. In der vorliegenden Studie war Zink das Element mit der höchsten Konzentration in den analysierten Nabelschnurblutproben. Die Fachliteratur beschreibt den Zusammenhang zwischen dem Zinkspiegel im Nabelschnurblut und anthropometrischen Parametern bei Neugeborenen12,25,26. In einer Studie von Kucukaydin et al. betrug der Zinkspiegel im Nabelschnurblut bei Frauen mit Frühgeburten mit PROM (vorzeitiger Blasensprung) 117,0 ± 43,0 μg/l und war niedriger als in der Gruppe der Frauen, die ohne PROM entbunden hatten (157,0 ± 45,0 μg/L)27. Ebenso haben Akdas et al. beobachteten, dass der Zinkspiegel im Nabelschnurblut bei Bedingungen, die eine Schwangerschaft erschweren, im Vergleich zu physiologischen Schwangerschaften abnimmt24. Bei der Analyse der Konzentrationen von Mikroelementen und Metallen im Nabelschnurblut von Frauen in Polen haben Gari et al. fanden heraus, dass der Median für Zink 1000 μg/L28 betrug, was ein niedrigerer Wert ist als der in der vorliegenden Studie beobachtete. Cabrera-Rodriguez et al. beobachteten keinen Zusammenhang zwischen dem Zinkgehalt im Nabelschnurblut und dem Geburtsgewicht von Neugeborenen16. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit unseren Erkenntnissen, die zeigten, dass der Zinkspiegel im Nabelschnurblut weder mit dem Geburtsgewicht noch mit anderen anthropometrischen Parametern bei Neugeborenen signifikant assoziiert war.

Suliburska et al. beobachteten einen Zusammenhang zwischen dem Kupfergehalt im Fruchtwasser und dem biparietalen Durchmesser des Fötus, dem Bauchumfang und der Femurlänge29. Unsere Studie wiederum zeigte, dass die Kupferwerte in Nabelschnurblutproben positiv mit dem Kopfumfang und negativ mit dem Brustumfang von Neugeborenen korrelierten. In ihrer Studie über eine chinesische Bevölkerung haben Li et al. berichteten, dass der Kupfergehalt im Nabelschnurblut 123,1–699,6 μg/L betrug (Median: 298,2 μg/L)30. Unsere Studie ergab deutlich höhere Kupferwerte in den analysierten Proben als in der oben genannten Arbeit. Niedrigere Kupferwerte im Nabelschnurblut wurden auch von Sakamoto et al. berichtet. in einer Population japanischer Frauen (Median: 438 µg/L)31. Von Elkabany et al. beobachtete Kupferwerte. in Ägypten ähnelten den in unserer Studie berichteten32. Studien aus Polen und dem Ausland weisen auf einen Zusammenhang zwischen der Kupferkonzentration im Nabelschnurblut und dem Geburtsgewicht hin12,22. Unsere Ergebnisse bestätigen diesen Zusammenhang jedoch nicht.

In ihrer Studie an Nichtraucherinnen mit unkomplizierten Schwangerschaften haben Lewicka et al. beobachteten, dass der Kupferspiegel im Fruchtwasser bei übergewichtigen oder adipösen Patienten häufiger reduziert war als bei Frauen mit einem normalen BMI33. In unserer Studie gab es eine positive Korrelation zwischen dem Kupfergehalt im Nabelschnurblut und der Gewichtszunahme während der Schwangerschaft bei Frauen, die im Kreis Lublin leben. Eine hohe Kupferkonzentration im Blut zusammen mit einem niedrigen Zinkspiegel wird mit oxidativem Stress und der Entstehung von Krebs, einschließlich Endometriumkrebs, in Verbindung gebracht1. Wir beobachteten eine sehr starke, positive Korrelation zwischen den Zink- und Kupferwerten in den untersuchten Nabelschnurblutproben. Die statistische Analyse ergab, dass der Kopfumfang bei der Geburt umso größer war, je größer das Missverhältnis zwischen den Kupfer- und Zinkwerten im Nabelschnurblut war.

Die Ergebnisse unserer Studie zeigten eine starke positive Korrelation zwischen dem Selengehalt und dem Blei- und Mangangehalt. Der Selenspiegel im Blut kann von verschiedenen Faktoren abhängen, wie z. B. Ernährung, Nahrungsergänzung, Alter, Geschlecht, geografischer Lage oder Genen34,35. Darüber hinaus ist die Selenkonzentration im peripheren Blut bei Frauen mit dem Körpergewicht und dem BMI verbunden36. Bei der Analyse des Selenspiegels im Nabelschnurblut bei weiblichen Einwohnern des Kreises Lublin konnten wir solche Zusammenhänge nicht beobachten. Eine von Bebas et al. durchgeführte Studie an gesunden Neugeborenen. zeigten einen signifikant höheren Selenspiegel im Nabelschnurblut bei Neugeborenen zum Zeitpunkt der Geburt (72,25 ± 10,5 µg/L) im Vergleich zu Säuglingen, die vor der 37. Schwangerschaftswoche geboren wurden (64,85 ± 7,67 µg/L)37. Diese Werte liegen fast 50 % unter den Selenwerten in unseren Proben. Ein niedriger Selenstatus ist mit einer geringeren Aktivität der Glutathionperoxidase (GPx) verbunden, die den antioxidativen Schutz der Plazenta verstärkt und indirekt das fetale Wachstum beeinflusst, was zu einer intrauterinen Wachstumsbeschränkung (IUGR) führen kann38. Yang et al. legten nahe, dass ein erhöhter Selenspiegel (≥ 63,1 µg/L) die toxische Wirkung von Mangan auf die neurologische Entwicklung hemmen kann und dass seine Schutzwirkung umso schwächer ist, je niedriger die Selenkonzentration ist39. Die Wechselwirkung zwischen dem Vorhandensein von Selen im Nabelschnurblut und dem Manganspiegel wurde in der vorliegenden Studie ebenfalls bestätigt. Bei einer Gruppe japanischer Frauen betrug der mittlere Selengehalt im Nabelschnurblut 139 µg/L (126–157 µg/L)31 und lag damit etwas unter den in unserer Studie beobachteten Werten.

Röllin et al. zeigten, dass der Manganspiegel im Nabelschnurblut zwischen 25,8 μg/l und 43,0 μg/l liegt und dass bei Frauen, die in städtischen Gebieten leben, höhere Werte dieses Elements gefunden wurden als bei Frauen, die in ländlichen Gebieten leben40. Dies kann mit der Umweltbelastung zusammenhängen, da der Mangangehalt in der Luft in städtischen Gebieten mit starkem Verkehr höher ist als in Dörfern41. Vigeh et al. deuteten darauf hin, dass eine pränatale Manganexposition mit dem Wachstum des Fötus verbunden sein könnte. Bei IUGR wurde ein höherer Manganstatus im Nabelschnurblut beobachtet (44,7 ± 19,1 μg/l) im Vergleich zu unkomplizierten Schwangerschaften (38,2 ± 13,1 μg/l)42. Lin et al. berichteten, dass der Manganspiegel im Nabelschnurblut 47,0 ± 1,4 μg/L betrug. In einer Studie von Guan et al. betrug die mittlere Mangankonzentration in Nabelschnurblutproben 78,75 µg/L. Höhere Konzentrationen dieses Elements wurden bei schwangeren Frauen beobachtet, die gefährlichen beruflichen Faktoren ausgesetzt waren. Es gab einen statistischen krummlinigen Zusammenhang (umgekehrte U-Form) zwischen der Mangankonzentration im Nabelschnurblut und dem Geburtsgewicht, dem Kopfumfang und dem Brustumfang15. Im Vergleich zu allen oben genannten Studien konnte unsere Studie keine signifikanten Zusammenhänge zwischen Manganwerten im Nabelschnurblut und anthropometrischen Parametern bei Neugeborenen bestätigen.

Lin et al. fanden heraus, dass der mittlere Bleigehalt im Nabelschnurblut 12,9 ± 7,2 μg/l betrug43. In einer Studie, die unter Frauen aus Nordostjapan durchgeführt wurde, haben Iwai-Shimada et al. berichteten, dass der Bleigehalt im Nabelschnurblut 8,02–12,5 μg/L betrug (Median: 9,89 μg/L)44. Bei der Analyse von Nabelschnurblut, das spanischen Frauen direkt nach der Entbindung nach einer physiologischen Schwangerschaft entnommen wurde, haben Bocca et al. beobachteten, dass die mittlere Bleikonzentration in den Proben 7,9 μg/L2 betrug. Unsere Studie zeigte höhere Bleikonzentrationen im Nabelschnurblut weiblicher Einwohner des Kreises Lublin, mit einem Mittelwert von 26,25 μg/L. Basierend auf ihrer Studie an polnischen Frauen, die nach einer unkomplizierten Schwangerschaft vaginal entbunden haben, konnte Durska nachweisen, dass der mittlere Bleigehalt im Nabelschnurblut 21,4 μg/l betrug. Der Bleigehalt im Nabelschnurblut hatte keinen Einfluss auf den Gesundheitszustand und die anthropometrischen Messungen bei Neugeborenen und war nicht mit der Bildung, dem Beruf oder der sozialen Stellung der Mutter verbunden45. Eine in Polen durchgeführte Studie von Gari et al. wiesen auf niedrigere Bleiwerte im Nabelschnurblut hin als in unserer Studie beobachtet – Median: 9,9 μg/L28. Eine Studie von Gundacker et al. fanden eine negative Korrelation zwischen der mittleren Bleikonzentration im Nabelschnurblut und der Schwangerschaftsdauer sowie dem Geburtsgewicht. Die mittlere Konzentration dieses Elements im Nabelschnurblut betrug 13 μg/L46. Unsere Studie zeigte, dass der Bleigehalt im Nabelschnurblut niedriger war als der angegebene Wert. Lin et al., die den Bleitransport in der Plazenta untersuchten, berichteten, dass die mittlere Bleikonzentration im Nabelschnurblut 12,9 ± 7,2 μg/l betrug. Niedrigere Werte dieses Metalls wurden bei höheren Zink- oder Manganwerten im mütterlichen Blut beobachtet43. Unsere Studie zeigte eine positive Korrelation zwischen dem Bleigehalt im Nabelschnurblut und den Mangan- und Zinkwerten. Dieser Zusammenhang könnte darauf hindeuten, dass die plazentare Übertragung von Zink und Mangan durch hohe Bleiwerte bei schwangeren Frauen verstärkt wird.

Die Exposition gegenüber Chrom während der Schwangerschaft kann mit einer Wachstumsbeschränkung des Fötus verbunden sein. Peng et al. zeigten, dass der mütterliche Bauchumfang und das geschätzte fetale Gewicht, das im zweiten und dritten Trimester mit Ultraschall ermittelt wurde, umso kleiner waren, je höher die Chromkonzentration in Urinproben schwangerer Frauen war10. Studien von Huang et al. und Pan et al. Bei schwangeren chinesischen Frauen zeigte sich, dass die Mütter von Frühgeborenen in einer Population, die umweltbedingt Chrom ausgesetzt war, höhere Chromspiegel im Urin aufwiesen als Frauen, die ihr Kind pünktlich zur Welt brachten11,47. Daher kann Chrom ein toxischer Faktor für das fetale Wachstum und ein potenzieller ätiologischer Faktor für eine Frühgeburt sein. In ihrer Studie zum Einfluss von Nabelschnurblutelementen auf die fetale Entwicklung haben Cabrera-Rodriguez et al. beobachteten einen signifikanten Zusammenhang zwischen dem Chromgehalt im Nabelschnurblut und der Körperlänge bei der Geburt. Je höher die Konzentration dieses Elements ist, desto kürzer ist die Körperlänge16. Unsere Studie zeigt einen signifikanten Zusammenhang zwischen dem Chromspiegel und dem Kopfumfang bei Neugeborenen. Bei Neugeborenen mit kleinerem Kopfumfang beobachteten wir höhere Chromkonzentrationen. Cabrera-Rodriguez et al. zeigten, dass sowohl einzelne Elementkonzentrationen als auch die Summe der Chrom-, Nickel- und Antimonspiegel im Nabelschnurblut ein Risikofaktor für ein niedriges Geburtsgewicht sein können16.

Die Verwendung von Nabelschnurblut als Biomarker für die Belastung des Fötus durch Umweltverschmutzung wird das Bewusstsein für die möglichen gesundheitlichen Folgen für das Kind im späteren Leben schärfen, ihre Identifizierung erleichtern und eine schnelle Umsetzung einer gezielten Therapie ermöglichen48,49.

Die vorliegende Studie liefert Informationen über die Anreicherung von Schwermetallen im Nabelschnurblut bei weiblichen Einwohnern Polens, deren Schwangerschaft ohne Komplikationen verlief. Wir analysierten Beziehungen zwischen Elementkonzentrationen in Nabelschnurblutproben und anthropometrischen und demografischen Daten von Müttern und Neugeborenen. Die Stärke unserer Studie liegt darin, dass sich die Analyse nicht nur auf das Geburtsgewicht und die Geburtslänge, sondern auch auf den Kopf- und Brustumfang der Neugeborenen konzentrierte. In der Fachliteratur gibt es nicht viele Berichte, die den Zusammenhang zwischen Gewichtszunahme während der Schwangerschaft und Schwermetallkonzentrationen im Nabelschnurblut analysieren.

Die vorliegende Studie weist bestimmte Einschränkungen auf. Erstens war die Stichprobengröße relativ klein, was auf die recht restriktiven Einschlusskriterien zurückzuführen war. Die größte Gruppe von Frauen, die von der Studie ausgeschlossen wurden, waren Patientinnen mit schwangerschaftsbedingten Begleiterkrankungen wie Hypothyreose, Diabetes und Bluthochdruck. Darüber hinaus lebten die untersuchten Frauen in einem begrenzten Verwaltungsgebiet in Polen. Die hochauflösende optische Emissionsspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) war die Methode zur Messung von Schwermetallen im Nabelschnurblut. Angesichts der geringen Nachweisgrenze der analysierten Schwermetalle wären andere Analysemethoden möglicherweise empfindlicher. Auch die Saisonalität der entnommenen Nabelschnurblutproben wurde nicht analysiert. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Auswirkungen der durch Schwermetalle verursachten Veränderungen auf Mütter und ihre Babys zu verstehen und um zu überprüfen, ob der Schwermetallspiegel im Nabelschnurblut als Biomarker zur Bestimmung der zukünftigen Gesundheit exponierter Kinder verwendet werden kann.

Die Anreicherung von Schwermetallen im Körper beginnt bereits im fötalen Lebensstadium und kann sich nicht nur während der Schwangerschaft und Geburt, sondern auch in der Neugeborenenperiode in Form eines geringeren Körpergewichts oder einer geringeren Länge bemerkbar machen. Die Plazenta ist ein Filterorgan, das eine Schutzbarriere gegen die Belastung durch Schwermetalle bildet4,8. In der vorliegenden Studie wurden Cadmium, Molybdän, Kobalt, Antimon, Thallium und Vanadium in Nabelschnurblutproben der Studienteilnehmer nicht nachgewiesen. Aufgrund der relativ guten Qualität des Lebensumfelds der Teilnehmer dürften die Gehalte dieser Metalle marginal gewesen sein. Eine andere Erklärung ist, dass die Metalle im Gewebe vorhanden waren, aber in der Plazenta zurückgehalten wurden. Unterschiede in der Spurenelementkonzentration in biologischen Proben können auf den geografischen Standort, die Saisonalität der Materialsammlung, Umweltverschmutzung, Verfügbarkeit, Zubereitung und Verarbeitung von Lebensmitteln, kulturelle Praktiken und ethnische Unterschiede in der Körperzusammensetzung zurückzuführen sein2,7,16,33.

Unsere Analyse zeigte, dass die Gewichtszunahme bei schwangeren Frauen positiv mit dem Kupferspiegel im Nabelschnurblut korreliert. Es wurde festgestellt, dass der BMI positiv mit der Kupferkonzentration im peripheren Blut korreliert. Bei adipösen Patienten wird häufiger ein Kupferüberschuss beobachtet1,33. Diese Ergebnisse können als Grundlage für die Bestimmung von Referenzwerten für dieses Element bei schwangeren Frauen dienen. Es besteht ein Zusammenhang zwischen dem Kopfumfang bei der Geburt und der Chromkonzentration im Nabelschnurblut: Je größer das Gewicht, desto höher der Bleigehalt, und je größer der Umfang, desto niedriger der Chromgehalt. Der Kupfer- und Zinkspiegel im Nabelschnurblut korreliert positiv mit dem Kopfumfang bei der Geburt. Je höher der Zinkgehalt, desto höher der Kupfergehalt; je höher der Mangangehalt, desto höher der Blei- und Selengehalt; und je höher der Bleigehalt, desto höher sind die Selen- und Chromgehalte.

Die Auswirkungen toxischer Schwermetalle, deren Konzentration in Nabelschnurblutproben analysiert wird, sollten nicht nur im Rahmen von Einzelmessungen, sondern auch bei der Freisetzung von Metallgemischen in die Umwelt berücksichtigt werden. Spurenelemente wie Zink, Kupfer, Mangan, Selen und Chrom beeinflussen den normalen Ablauf metabolischer, biochemischer und enzymatischer Prozesse. Wechselwirkungen zwischen Elementen können einen Einfluss auf die Homöostase des Fötus haben31. Die plazentare Übertragung toxischer Substanzen, z. B. Blei oder Medikamente, wird wiederum durch geringe Mengen essentieller Elemente wie Zink, Mangan und Selen im mütterlichen Blut erleichtert43. Das gleichzeitige Auftreten verschiedener Substanzen kann die Bioverfügbarkeit oder Toxizität jedes einzelnen von ihnen verändern. Messungen einzelner Elemente im Nabelschnurblut reichen möglicherweise nicht aus, um die tatsächliche Schadstoffbelastung bei schwangeren Frauen und Föten und anschließend bei Neugeborenen zu bestimmen. Anorganische Elemente, sowohl einzeln als auch in Mischungen, werden mit verringerten anthropometrischen Parametern bei Neugeborenen in Verbindung gebracht16.

Es ist notwendig, entsprechende Maßnahmen zur Überwachung der Konzentration schädlicher Chemikalien in der Umwelt durchzuführen. Wichtig ist, das gesellschaftliche Bewusstsein für dieses Risiko zu schärfen und eine angemessene Gesundheitserziehung bereitzustellen, um eine frühzeitige Prävention einer übermäßigen Belastung durch Schadstoffe in der natürlichen Lebensumgebung der Menschen zu fördern.

Die in dieser Studie präsentierten Daten sind auf Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Joanna Grzesik-Gąsior

Abteilung für Analytische Chemie, Medizinische Universität Lublin, 20-059, Lublin, Polen

Jan Sawicki

Abteilung für koordinierte Mutterschaftsfürsorge, Fakultät für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Universität Lublin, 20-059, Lublin, Polen

Agnieszka Pieczykolan & Agnieszka Bień

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Konzeptualisierung JG-G. und AB; Methodik, JG-G. und JS; formale Analyse, JG-G.; Ressourcen, AP und JG-G. Schreiben – ursprüngliche Entwurfsvorbereitung, JG-G. und AB; Schreiben – Rezension und Bearbeitung, JG-G., AB und JS; Projektverwaltung, JG-G, AB und JS; interpretierte die Daten und führte eine kritische Prüfung des Manuskripts durch, AB Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Korrespondenz mit Joanna Grzesik-Gąsior.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Grzesik-Gąsior, J., Sawicki, J., Pieczykolan, A. et al. Gehalt ausgewählter Schwermetalle im Nabelschnurblut und anthropometrische Daten von Müttern und Neugeborenen in Polen: vorläufige Daten. Sci Rep 13, 14077 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-41249-4

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Eingegangen: 25. Mai 2023

Angenommen: 23. August 2023

Veröffentlicht: 28. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-41249-4

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