发布时间：2022-12-06
钙（Ca）是人体丰度最高的矿物质，主要存在于人体骨骼中。近年来，随着多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）的发展以及钙同位素分析方法的建立，高精度的钙稳定同位素被广泛应用于生命科学领域中。在人体内的钙循环模型中，骨骼、软组织、血液以及尿液之间的生理过程会产生钙同位素分馏。前人通过对血液、尿液等物质中的钙稳定同位素来监测一些人体健康问题，如骨代谢平衡、骨质疏松以及慢性肾病等。但是，在整个人体的钙循环过程中，有关肾结石的钙同位素却没有相关的报道。肾结石是由于尿液的过饱和沉淀形成的以钙元素为主的结晶产物，并且近年来肾结石的发病率愈发增高，在世界范围内逐渐成为一种常见的疾病。因此，探究肾结石中钙稳定同位素组成特征对人体钙循环以及人体健康有着重要意义。
针对以上科学问题，中国地质大学（北京）科学研究院博士生屈睿在导师韩贵琳教授的指导下，对不同类型的肾结石包括草酸钙、碳酸磷灰石以及尿酸开展了高精度钙稳定同位素的分析测试，取得主要认识如下：
（1）肾结石的钙稳定同位素范围为0.25‰~3.00‰。肾结石表现出了具有重的钙稳定同位素的特征，显著重于已报道的人体骨骼和血液中的钙稳定同位素。
（2）肾结石的钙稳定同位素与钙镁比值呈现一定的负相关关系，这表明了镁元素可能对肾结石中钙稳定同位素具有一定的影响，并且这种影响是跟浓度相关的。根据第一性原理的相关研究，造成这种影响的原因可能在于镁元素影响了元素间平均键长的大小，进而改变了分馏系数，从而造成了不同钙镁比值下的肾结石中钙稳定同位素的差异。
本研究首次报道了肾结石中的钙稳定同位素的组成特征并以地球化学的视角解读了影响肾结石中钙同位素比值的可能原因，为今后钙稳定同位素应用于人体健康的研究提供了新视角，同时这也表明了地球科学应用于生命科学的巨大潜力。
图1 人体钙循环模型及骨骼、血液、尿液及肾结石的钙稳定同位素比值
图2 肾结石中钙同位素比值与钙镁比值的相关关系
论文信息：Qu Rui, Han Guilin*, Tian Yu and Zhao Ye (2022). Calcium isotope ratio in kidney stones: Preliminary exploration of mechanism from the geochemical perspective. Metallomics. https://doi.org/10.1093/mtomcs/mfac095