Stopove prvky ve vlasech - problematika, prinosy, omezeni upravene dle oponenta (Ing. Václav Senft)

S analýzou vlasů se na našem pracovišti zabýváme dlouhodobě. Zaujalo nás, že když se do internetového vyhledávače zadá heslo: Analýza vlasů, vyhrne se množství komerčních inzerátů slibujících až zázračné zdravotní benefity.  Tato prezentace probírající přehledně uvedenou problematiku se pokouší odpovědět na otázku, zda je aplikace analýzy vlasů skutečně vždy relevantní a až zázračně přínosná, jak slibují inzeráty nebo zda má i svá omezení a úskalí.

Nejdříve pro ilustraci na třech slidech citace z jednoho internetového inzerátu. Na tomto slidu je úvodní „slib“.

Na tomto slidu pokračuje inzerát  vyjmenováním při čem všem analýza vlasů pomůže

A konečně zde inzerát uvádí, pro koho je uvedená metoda vhodná. Zřejmě pro drtivou většinu populace, zvláště té movitější…

Na tomto slidu jen několik obrázků pro připomenutí  základních termínů z anatomie kůže a vlasů., jako je vlasový váček (folikul), kortex, medula,…

Pro využití možnosti nahlédnout pomocí analýzy vlasů do historie organizmu je velmi důležitá informace o rychlosti růstu vlasů a o cyklických vlasových vývojových cyklech. 

Vlasy rostou rychlosti asi 1 (0,6-1,4) cm/měsíc. Růst vlasů ale podléhá cyklickému procesu.

Vlasový cyklus probíhá ve třech obdobích:

Období aktivního růstu (anagen) trvá až 5 let a normálně se v něm nachází 85-95% vlasů na hlavě.

Následuje krátké, asi 2 týdenní přechodné období (katagen), kdy papila, která se podílí na vývoji a zásobování vlasu, postupně odumírá.

Vlas pak přechází do tříměsíčního klidového stadia (telogen), kdy se vlas uvolňuje z papily, pomalu se posouvá nahoru. V té době již z folikulu vyrůstá vlas nový, který pak starý vlas vytlačuje. Denně tak vypadne v průměru 60-90 vlasů. V této fázi se normálně nachází 10-15% vlasů na hlavě

Životnost vlasu je tedy 2-5 let. Tím je omezen možný rozsah „nahlédnutí“ do historie.

Jaké jsou důvody a jaké plynou výhody z toho, že se zvolí analýza stopových prvků ve vlasech?

-Vlasy se dají snadno, neinvazivně odebrat..

-Vlasy se bez problémů uchovají až do doby analýzy

-Stačí malé množství vlasů, protože koncentrace řady prvků je ve vlasech vyšší, než v krvi či moči.

-Nezastupitelnou roli mají vlasy při získávání retrospektivních informací o „historii“ vyšetřovaného organismu. Zatímco při analýze krve či moči získáme informaci o několika dnech před odběrem, pomocí analýzy vlasů lze obsáhnout časové období dlouhé až několik let. (5-7 roků).

Ovšem je nutné standardizovat odběr. Běžnou chybou např. je, že se vlasy špatně uloží, dojde k jejich vzájemnému posunu a potom dojde k zkreslení výsledku v jednotlivých časových obdobích. Odběr vlasů by tedy měla dělat poučená osoba.

 Samozřejmě jako u všeho ani zde nejsou jen pozitivní a výhodné vlastnosti.

Unikátní možnost „nahlédnutí“ do historie organizmu je ale velmi limitována tím, že koncentraci prvků ve vlasech ovlivňuje velké množství faktorů.

Faktory lze zhruba shrnout do následujících  hlavních kategorií:

Fyzikální faktory (forma a typ látky obsahující sledované prvky, např. pH, koncentrační gradient,…)

Biologické faktory (věk, pohlaví, zdravotní stav, struktura vlasů, krevní tlak, výška, hmotnost,…)

Personální variabilita (hygienické návyky-vlasová kosmetika, životní styl,…)

Vlivy prostředí (místo bydliště, čistota ovzduší, profesionální expozice,…)

Analytické a metodologické problémy (odběr, čištění, mineralizace, validace, normály,…)

Faktory mohou způsobit pozitivní i negativní  (ale třeba i žádné) ovlivnění koncentrace.

Vliv některých faktorů (např. profesionální expozice) je zřejmý, vliv jiných je často nečekaný či nesrozumitelný.

Pro relevantní interpretaci výsledku je proto velmi důležité zvážit při všechny dostupné informace.

-1 -Především u žen se často vyskytuje používání různých přípravků vlasové kosmetiky (barvy, šampony, kondicionéry, laky, aj.) které mohou podstatnou mírou změnit obsah stopových prvků ve vlasech. Např. modrý odstín vlasů se dosahuje kobaltem, zelený mědí, apod.

-Obsah prvků ve vlasech mohou ovlivnit i mechanické operace péče o vlasy (natáčení a ondulování při vysoké teplotě, apod.)

- 2-Vždy je potenciálně možná vnější kontaminace vlasů např. nasedáním vzdušného prachu ať již z pracovního, tak z životního prostředí. 

-3- Vlasy je nutné převést do roztoku (zmineralizovat). Při tom na jedné straně hrozí ztráta prvků např. vytěkáním při vyšší mineralizační teplotě, na druhé straně je riziko kontaminace vlasů prvky z použitých mineralizačních chemikálií.

-4- Určité problémy způsobuje zatím nedostatečná analytická standardizace a validace analýzy vlasů

Jak lze uvedené problémy minimalizovat?

Vlasová kosmetika a péče o vlasy může podstatným způsobem ovlivnit hladiny jednotlivých prvků ve vlasech.

Např.:

- vlasové šampony obsahují selen ve formě sulfidů

- vlasové barvy obsahují olovo, kobalt, měď aj.

Doporučuje se proto brát k analýze pouze vlasy, které nebyly před odběrem pod vlivem vlasové kosmetiky a péče o vlasy, tj. nebyly barvené, bělené, ondulované, lakované apod.

V praxi je to ovšem jen těžko realizovatelný požadavek. Zkuste přimět nějakou ženu k tomu, aby si nechala vlasy dlouhou dobu bez jakékoliv péče.

Trochu se nechá vliv vlasové kosmetiky omezit tím, že se k analýze bere jen např. 1 cm od hlavy, tj. nová část vlasu, která nebyla zasažena např. barvením které proběhlo před měsícem.

Ztrácí se tak ale podstatná výhoda analýzy vlasů, tj. možnost pokrýt retrospektivně dlouhé období do minulosti.

Lze omezit vliv vnější kontaminace? Ano, lze.

Naprosto nezbytnou součástí každé analýzy vlasů musí být čištění (mytí) vlasů před analýzou.

Metodika mytí vlasů musí být přitom nastavena (optimalizována) tak, aby se odstranila vnější kontaminace, ale aby přitom nedošlo k ovlivnění endogenní koncentrace prvků ve vlasech. Vždy je riziko, že po mytí zůstane část exogenní kontaminace a současně se ztratí část endogenního obsahu prvků.

Po zvolení vhodné metodiky je důležité aby  byl postup mytí stabilně dodržován a aby tak bylo možné provádět dlouhodobé porovnávání výsledků.

V literatuře je popsáno velké množství způsobů mytí vlasů.

Na dalším slide je uveden příklad postupu IAEA.

Na tomto slidu je uveden standardní postup mytí vlasů publikovaný IAEA (hlavní autor Ryabukin YS: Activation analysis of hair as an indicator of contamination of man by environmental trace element pollutants. IAEA Report IAEA/RL/50, Vienna, 1978.

Z tabulky je na první pohled vidět, že se jedná o poměrně zdlouhavý a pracný nicméně nezbytný postup.

Na foto je na první pohled patrný vliv mytí zaprášených vlasů před analýzou.

Obecným rizikem při mineralizaci je na jedné straně možná ztráta prvků způsobená např. vytěkáním, na druhé kontaminace vzorků reagenciemi použitými při mineralizaci.

Riziko vytěkání je možné omezit jednak kontrolou maximálně použité teploty, jednak použitím uzavřeného tlakového systému.

Uzavřený tlakový systém má i tu výhodu, že se výrazně zmenší potřebné množství mineralizačních reagencií (např. v otevřeném systému se musí opakovaně dolévat  kyselina) a tím sníží možnost kontaminace.

Kontaminaci snižuje i použití co nejčistších reagencií např. kyseliny kvality Suprapur.

Uvedené důvody prakticky vylučují použití otevřené mineralizace, ať již na suché cestě (spalování v Pt kelímku), tak i  na mokré cestě (zahřívání ve zkumavce s opakovaně přidávanými mineralizačními reagenciemi.

Jako optimální se jeví tlaková mikrovlnná mineralizace.

V tabulce jsou uvedeny základní kroky postupu při tlakové mikrovlnné mineralizaci pomocí mineralizátoru ETHOS fi Milestone, který dlouhodobě používáme v naší laboratoři.

Po vstupních operacích, tj. po mytí a mineralizaci následuje vlastní analýza.

Většinou se používají analyzátory AAS nebo ICP.  Použití ICP „svádí“ k velmi širokému spektru prvků. Je ovšem důležité dát pozor na „mez stanovitelnosti“, tj. neuvádět  kvantitativně výsledky u prvků, kde je nalezená koncentrace hluboko nejen pod mez stanovitelnosti, ale často i pod mez detekce.

Špatným způsobem provedená, neověřená analýza může samozřejmě také podstatným způsobem ovlivnit výsledek. Je proto třeba, aby metoda byla validovaná a potom standardizovaná, tj. prováděná stále stejně.

Validace metody zahrnuje jednak prověření a určení základních analytických vlastností metody (přesnost, správnost, mez detekce,…), jednak určení referenčního intervalu čili normálních hodnot. A tím definování interpretace výsledku.

Přesnost se prověří opakováním analýzy homogenního vzorku a to jednak za podmínek opakovatelnosti, jednak za podmínek reprodukovatelnosti.

Správnost se nechá prověřit mezilaboratorní kontrolou (bohužel pro vlasy zatím téměř nedostupnou), nebo analýzou některého z dostupných referenčních materiálů (my např. používáme referenční materiál No. 397 Community Bureau of Referenvce : Human hair.

Viz další slide

Tento referenční materiál   Evropské komise je dodáván v podobě velmi jemného šedého prášku ve skleněné lahvičce. V lahvičce je teflonová kulička, která slouží k protřepání, promíchání a homogenizaci materiálu před použitím (doporučená doba protřepávání vždy před použitím je 5 minut).

Určení referenčního intervalu je zcela zásadní pro správnou interpretaci výsledku. Je to dosud problematická záležitost.

V tabulce jsou uvedeny referenční intervaly udávané 6 vybranými laboratořemi z USA, které se zůčastnily mezilaboratorní kontroly analýzy prvků ve vlasech v roce 2001. Seidel S, et al: Assessment of Commercial Laboratories Performing Hair Mineral Analysis, JAMA, 2001, 285: 67-72.

Jsou patrné značné rozdíly mezi jednotlivými laboratořemi u některých prvků.

Např. Se od 1,2 až do 30

          Pb pd <1 až do 20

          K od 22 až do 180

Samozřejmě takové rozdíly v tom, co laboratoř považuje za normální hodnoty mají za následek velké rozdíly v interpretaci výsledků. Viz další slide

Laboratoře, jejichž normální hodnoty pro analýzu prvků ve vlasech byly uvedeny na předešlém slidu, se zúčastnily projektu mezilaboratorního porovnání, při kterém byl připraven homogenní vzorek vlasů od jednoho dárce ( 40 letá žena, vlasy odebrané z různých míst hlavy, nastřihány na 3 cm části, důkladně promíchány  a do každé laboratoře bylo odesláno cca 1 g těchto vlasů. )

Počet analyzovaných prvků v jednotlivých laboratořích se pohyboval od 16 do 39.

Rozdílná interpretace výsledků u 19 prvků, které  analyzovaly všechny laboratoře (Al, As, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Se, V, Zn) je vidět v tabulce.

Zatímco laboratoř A považovala za normální jen 4 prvky, ostatní laboratoře považovaly za normální 10-14 prvků.

Ve skutečnosti je situace ještě složitější:

Můžeme totiž dostat stejnou koncentraci prvku ve vlasech při naprosto různém časovém průběhu.

Na tomto slidu jsou schematické příklady, při kterých by výsledná konc. Ve vzorku vlasů byla stejná:

-žlutá čára= průběh konc. Ve vlasech

-světle modrá úsečka = časový interval zachycený ve vzorku vlasů

Přitom např. B, resp. C  zachycuje pokles koncentrace v čase, což je zhoršující se situace (u žádoucího biogenního prvku) či zlepšující  se situace (u toxického prvku)

Obráceně A, příp. D zachycuje nárůst koncentrace v čase, což je zlepšující se situace (u žádoucího biogenního prvku) či zhoršující se situace (u toxického prvku)

Hodnocení či interpretace podle nalezené koncentrace by bylo stejné?

Výsledek je také velmi závislý na délce analyzované části vlasů, čili na délce zachyceného období před odběrem vzorku. Viz další slide

Na slidu je schematicky zachycen možný časový průběh koncentrace ve vlasech (žlutá čára). Peak může být způsoben např. nějakým potravním doplňkem nebo třeba jen letním obdobím se zvýšenou konzumací ovoce a zeleniny.

Při volbě různě dlouhých částí vlasu jsou výsledky velmi rozdílné.

Určovat nějaké jednoduché univerzální normály pro koncentraci ve vlasech se z tohoto pohledu zdá velmi obtížné.

Ale abych jen stále nemluvil o problémech a úskalích analýzy vlasů. Nyní bych již proto rád uvedl několik pozitivních příkladů využití analýzy vlasů z naší praxe.

První příklad je z monitorování expozice toxickým sloučeninám niklu:

Sledovali jsme pracovníky z výroby sloučenin niklu. Mimo stanovení v moči a krvi jsme analyzovali i obsah Ni ve vlasech a v nehtech.

Podařilo se nám do sledování zapojit jako dobrovolníka studenta, který na pracovišti realizoval týdenní praxi.

Po týdnu stráveném  ve výrobě síranu nikelnatého odevzdával dobrovolník  v 1-2 týdenních intervalech vzorky vlasů a zhruba v měsíčních intervalech vzorky nehtů.

Na grafu je patrné maximum ve vlasech asi 1 měsíc po expozici (udává se, že vlasy rostou asi 1 cm/měsíc) a v nehtech asi 4 měsíce po expozici (nehty za tu dobu dorostly tak, že „exponovaná“ část se dostala do „odebíratelné“ pozice.

Obecný závěr z tohoto „experimentu“ by se dal formulovat tak, že analýza vlasů je vhodná pro monitorování doby řádově měsíc před odběrem a delší.

Druhý příklad využití analýzy vlasů zachycuje klinický případ, kdy na hematoonkologickém oddělení měli pacientku, která ztrácela tak rychle železo, že za půl roku dostala asi 70 transfůzí (Dostala přezdívku „iron lady“. Klinici se na nás obrátili s následujícím požadavkem: Asi před půl rokem u pacientky proběhla invazivní terapie a klinici potřebovali vědět, zda ke ztrácení železa docházelo již před nebo až po onom zákroku.

Jediná možnost byla analýza vlasů.

Na grafu jsou znázorněny výsledky, které prokázaly, že nízkou hladinou železa pacientka trpěla již dávno před oním terapeutickým zákrokem.

Analýza vlasů tedy dodala klinikům potřebnou informaci a umožnila další volbu terapie.

Třetí příklad se týká užívání volně prodejného preparátu FE Femikalp dováženého z Indie, což jsou tablety vyrobené z různých léčivých rostlin.

Na grafu je názorně vidět, že 6 cm část vlasů od hlavy, tj. část zahrnující dobu po kterou byl preparát užíván, má výrazně vyšší hladinu olova, než konce vlasů, které zachycují dobu před užíváním preparátu.

Vlevo je ještě vidět „zprůměrovaný“ obsah v celých vlasech.

Dále již jen heslovitě několik dalších příkladů využití analýzy vlasů:

1) Při analýze asi 100 vzorků vlasů dětí jsme narazili na 3 vysoké výsledky Cd. Nejdříve jsem se domníval, že došlo třeba ke kontaminaci, ale pak jsem zjistil, že se jedná o tři děti z jedné rodiny. Spojil jsem se s rodinou a snažil se zjistit kde se Cd vzalo. Rodina nejdřív reagovala tak, že je to vyloučené, že patří mezi lidi se zvýšenou péčí o zdraví a že si většinu zeleniny a ovoce vypěstují na vlastní zahradě daleko od silnice. Pak jsem ale vypátral, že tam nechali navézt asi 20 nákladních aut kalů z městské čistírny v Plzni. Je známo, že čistírenské kaly obsahují hodně Cd. „Nerezová“ mrkev.

2) Na klinice pracovního lékařství vyšetřovali muže u kterého rentgenologové vznesli hypotézu, že má v plicích velké množství kapiček rtuti (viz další slide).

Skutečně jsem nalezli zvýšenou hladinu Hg nejen v moči,ale i ve vlasech. Zatím se pátrá, jak se mohla rtuť do plic dostat. Hypotéza injekce rtuti .

3) Z dětské kliniky se na nás obrátili s podezřením, že mají asi 10 letou dívku exponovanou olovu. Skutečně jsme nalezli zvýšené množství Pb ve vlasech. Pro jistotu jsme vyšetřili celou rodinu a byli exponováni všichni. U matky, která měla dlouhé vlasy a proto jsme mohli realizovat stanovení zahrnující až 3 roky zpětně, jsme nalezli roční periodu zvýšeného obsahu Pb ve vlasech? Hypotéza, že si jednou za rok udělají něco atypického nebo v atypickém nádobí a tím se exponují zatím není potvrzena ani vyvrácena.

Tento slide je uveden jen jako zpestření

Jak se tedy po probrání přínosů, ale i metodických problémů analýzy vlasů postavit  k úvodní otázce, tj. zda mají skutečně pravdu v poslední době se hojně vyskytující internetové inzeráty (viz slide), které celou problematiku prezentují jako zcela bezproblémovou záležitost, která umožňuje udělat u každého člověka jednoduché doporučení co má dělat či změnit aby si vylepšil zdraví.

Nedílnou součástí každé takové inzerce je samozřejmě údaj o tom kolik či lépe kolikrát a jakým způsobem se musí zaplatit.

Pozn.: Laboratoře v USA si za analýzu vlasů účtují od 30 do 69 dolarů za vzorek, čili cenu uvedenou v zde citovaném inzerátu lze prezentovat jako „světovou“..

Jak celé sdělení shrnout? Na jedné straně uvedené úspěšné aplikace, na druhé straně diskutované problémy doprovázející analýzu vlasů.

Je tedy analýza vlasů prospěšná a bez problémů obecně použitelná?

Na základě vlastních zkušeností i dle údajů v literatuře bych problematiku rozdělil na dvě části:

Analýza vlasů je vesměs přínosná u případů s vysokou expozicí toxických prvků (příklady Pb, Cd, Hg) a pak u některých pacientů s již velmi závažnými chorobami (příklad Fe)

Inzerované plošné využití u jedinců z běžné populace je ale stále více než problematické. Důvodů je celá řada:

-Jsou příliš velké interindividuální rozdíly způsobené mnoha a mnoha faktory. Je problém určení normálních koncentrací a tím správné interpretace.

- Zatím často není dostatečná analytická standardizace.

 Zatím jsou jen velmi omezené vědecké informace o souvislostech konc. Ve vlasech a vlivu na cílový orgán či zdravotní stav.