Для анализа образцов плазмы крови методом ИСП-МС применяли следующие настройки прибора (табл. 1).
)
Результаты и обсуждение
Концентрацию общего кобальта и витамина В12 измеряли у всех добровольцев до и в течение приема БАД, как у группы сравнения, принимавших 2500 мкг/сут кобаламина, так и у принимавших кобальт в дозе около 100 мкг/сут. Добровольцы не отмечали никаких побочных эффектов или изменений в состоянии здоровья в течение 20-дневного периода исследований. В качестве матрицы определения брали плазму крови, несмотря на то, что в плазме содержится меньшая концентрация кобальта, чем в моче. По данным литературы, после единичного внутривенного введения неорганического кобальта взрослым уже 40% элемента экскретируется с мочой в течение 6-12 ч и 70-75% в течение недели [2, 18, 37]. Ионы Со2+ в плазме связываются с альбуминами, период полувыведения которых составляет около 20 дней, что, по всей вероятности, может увеличить окно детекции [18, 38]. В нескольких научных работах приводятся данные, что фоновые концентрации кобальта в крови людей, не принимавших содержащих этот микроэлемент БАД или его солей, колеблются в диапазоне от 100 до 400 пг/мл [18, 39], однако могут меняться в зависимости от географического положения в сторону уменьшения. Медиана концентрации Co2+ в образцах плазмы участников данного исследования составила до приема 131,3 пг/мл, ближе к нижней границе приведенного интервала.
По некоторым данным, референсные значения витамина В12 в крови варьируют от 150 до 600 пг/мл [40] при регулярном сбалансированном питании, приводятся данные, что концентрации свыше 300 пг/мл свидетельствуют об оптимальной обеспеченности [41]. В нашем исследовании не учитывался пол добровольцев, их индекс массы тела и регулярность приема пищи, что также могло повлиять на измеренные концентрации кобаламина [40, 42]. На уровни кобаламина также может влиять прием оральных контрацептивов у женщин [43]. Медиана концентрации витамина В12 в плазме крови до приема БАД была 287,2 пг/мл, т.е. все значения находились внутри референсного интервала.
В табл. 2 приведены данные об измеренных концентрациях витамина В12 до и в течение приема БАД. В процессе перорального приема 2500 мкг/сут кобаламина на 5-й день концентрация его в плазме добровольцев увеличилась в 3,1-3,6 раза, на 9-й день - в 4,9-5,4 раза, на 14-й день - в 5,9-7,2 раза и на 20-й день - в 6,5-8,4 раза. При этом концентрации общего кобальта в этих же образцах крови не увеличились даже в 1,5 раза, т.е. остались практически неизменными по отношению к уровню Co2+ до приема (изменения в 1,1-1,4 раза).
)
Таким образом, концентрация кобаламина в образцах плазмы крови участников исследований к 20-му дню приема комплекса, содержащего витамин В12, выросла в среднем в 7,5 раза (1847,1±122,6 пг/мл) по сравнению с исходными значениями (0 день).
В процессе перорального приема Со-содержащих БАД наблюдалась обратная картина. В табл. 3 приведены данные об измеренных концентрациях общего кобальта в плазме крови всех добровольцев до и в течение приема соответствующих БАД.
)
При пероральном приеме добровольцами кобальта в дозе около 100 мкг/сут его концентрация в плазме крови на 5-й день варьировала от 289,3 до 376,4 пг/мл в группе введения 2 и от 216,6 до 269,3 пг/мл в группе введения 1, на 20-й день - от 713,8 до 927,5 пг/мл и от 457,6 до 549,5 пг/мл соответственно. Таким образом, в первом случае содержание Co2+ в плазме к 20-му дню увеличилось в среднем в 6,7 раза от исходного значения 845,03±114,9 пг/мл (см. табл. 3, выделено полужирным), во втором случае в среднем в 4,0 раза - 497,9±45,0 пг/мл (см. табл. 3, выделено курсивом) по сравнению с 0-м днем. При этом концентрации витамина В12 в образцах этих же добровольцев остались практически на исходном уровне к 20-му дню приема микроэлемента (увеличение составило в среднем 1,1 раза, см. табл. 2).
В ряде случаев у некоторых участников исследования наблюдалось некоторое незначительное снижение концентрации общего кобальта в течение приема БАД, например, у добровольцев 2 и 9 на 9-й день отбора крови. Такие колебания могут объясняться несколькими факторами. J. Edel с соавт. [44] и S.M. Morsy и соавт. [45] показали, что способ введения и количество вводимого кобальта сильно влияет на распределение и скорость выведения металла из организма. Кроме того, на уровни кобальта в плазме сильно влияет степень его абсорбции в желудочно-кишечном тракте, которая, по некоторым данным, составляет около 25% от принимаемой дозы с большими индивидуальными вариациями от 5 до 97% [21, 46]. K.R. Paley и соавт. [47] продемонстрировали, что абсорбция элемента значительно возрастает после приема пищи, а также зависит от времени приема и растворимости соединения. L.O. Simonsen и соавт. [48], основываясь на своих радиологических исследованиях, показали, что Со2+ может необратимо поглощаться эритроцитами крови с ограниченной скоростью, поэтому не исключено накопление элемента в плохо перфузируемых тканях, таких как костная или жировая. Эти факторы в нашей работе не учитывали, хотя все участники и принимали Со-содержащие БАД после приема пищи в одно и то же время.
На рис. 1 и 2 наглядно изображены графические зависимости концентраций витамина В12 и общего кобальта от количества дней приема вышеупомянутых БАД.
)
)
Основываясь на полученных данных, можно сделать следующие выводы: при приеме кобаламина, разрешенного в спорте, в терапевтической дозе 2500 мкг/сут не происходит увеличения концентрации общего кобальта в плазме крови (в 1,1 раза от исходного значения на 20-й день приема), в то время как при потреблении БАД, содержащих соли Со2+, при неизменном уровне витамина В12 фиксируется увеличение концентрации микроэлемента в 4,0 раза при приеме аспарагината и в 6,7 раза в случае сульфата. Данный факт может выступать в качестве маркера злоупотребления соединениями кобальта в антидопинговом контроле. Немаловажным представляется регулярный мониторинг уровней витамина В12 и общего кобальта в крови спортсменов и включения этих показателей в программу гематологического модуля БПС [31]. При подозрительном увеличении в несколько раз концентрации Со2+ на фоне неизменного содержания кобаламина в качестве подтверждающего метода анализа может быть использован ВЭЖХ-ИСП-МС, позволяющий дифференцировать Со2+ от витамина В12 за счет различных времен удерживания (около 0,5 мин и 1,5 мин соответственно) [20], или метод ВЭЖХ-МС/МС [25], адаптированный для анализа плазмы крови. При этом для подтверждающего испытания может также потребоваться отбор дополнительных образцов мочи спортсменов и проведение соответствующих процедур по методикам, предложенным авторами.
Заключение
Несмотря на то что на сегодняшний момент ВАДА пока не установлено пороговое значение для концентрации кобальта в плазме, количественное определение и сопоставление уровней витамин В12/общий кобальт может выступать в качестве важного маркера допинга Со2+. Исследование было ограничено приемом только 1 комплекса, содержащего витамин В12, и 2 популярных в России БАД, имеющих в составе соли кобальта. Отдельно следует отметить, что мониторинг концентраций витамин В12/Со2+ в долгосрочной перспективе, подобно отслеживанию гематологических параметров по программе БПС, позволит своевременно идентифицировать подозрительное увеличение содержания общего кобальта в крови спортсменов, что будет востребовано в рутинной практике современного антидопингового контроля.
Литература
1. Robinson J.C., James G.W. III, Kark R.M. The effect of oral therapy with cobaltous chloride on the blood of patients suffering with chronic suppurative infection // N. Engl. J. Med. 1949. Vol. 240. Abstr. 749.
2. Ebert B., Jelkmann W. Intolerability of cobalt salt as erythropoietic agent // Drug Test. Anal. 2014. Vol. 6, N 3. P. 185-189. DOI: https://doi.org/10.1002/dta.1528
3. Пронина И.В., Мочалова Е.С., Ефимова Ю.А., Постников П.В. Биологические функции кобальта, токсикология и обнаружение в антидопинговом контроле // Тонкие химические технологии. 2021. Т. 16, № 4. С. 318-336. DOI: https://doi.org/10.32362/2410-6593-2021-16-4-318-336
4. Beuck S., Schanzer W., Thevis M. Hypoxia-inducible factor stabilizers and other small-molecule erythropoiesis-stimulating agents in current and preventive doping analysis // Drug Test. Anal. 2012. Vol. 4, N 11. 830-845. DOI: https://doi.org/10.1002/dta.390
5. Dery M.-A.C., Michaud M.D., Richard D.E. Hypoxia-inducible factor 1: regulation by hypoxic and non-hypoxic activators // Int. J. Biochem. Cell Biol. 2005. Vol. 37. 535-540. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biocel.2004.08.012
6. Hoffmeister T., Schwenke D., Wachsmuth N., Krug O., Thevis M., Byrnes W.C., Schmidt W.F.J. Erythropoietic effects of low-dose cobalt application // Drug Test. Anal. 2019. Vol. 11, N 2. P. 200-207. DOI: https://doi.org/10.1002/dta.2478
7. Krug O., Kutscher D., Piper T., Geyer H., Schänzer W., Thevis M. Quantifying cobalt in doping control urine samples - a pilot study // Drug Test. Anal. 2014. Vol. 6, N 11-12. P. 1186-1190. DOI: https://doi.org/10.1002/dta.1694
8. Lippi G., Franchini M., Guidi G.C. Cobalt chloride administration in athletes: a new perspective in blood doping? // Br. J. Sports Med. 2005. Vol. 39, N 11. P. 872-873. https://doi.org/10.1136/bjsm.2005.019232
9. Jelkmann W. Efficacy of recombinant erythropoietins: Is there unity of international units? // Nephrol. Dial. Transplant. 2009. Vol. 24, N 5. P. 1366-1368. DOI: https://doi.org/10.1093/ndt/gfp058
10. Finley B.L., Monnot A.D., Paustenbach D.J., Gaffney S.H. Derivation of a chronic oral reference dose for cobalt // Regul. Toxicol. Pharmacol. 2012. Vol. 64, N 3. P. 491-503. DOI: https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2012.08.022
11. Kriss J.P., Carnes W.H., Gross R.T. Hypothyroidism and thyroid hyperplasia in patients treated with cobalt // JAMA. 1955. Vol. 157, N 2. P. 117-121. DOI: https://doi.org/10.1001/jama.1955.02950190017004
12. Catlin D.H., Hatton C.K., Lasne F. Abuse of recombinant erythropoietins by athletes // Erythropoietins and Erythropoiesis: Molecular, Cellular, Preclinical, and Clinical Biology / eds G. Molineux, M.A. Foote, S.G. Elliott. Basel, 2006. P. 205-227. DOI: https://doi.org/10.1007/3-7643-7543-4_13
13. Запрещенный список Всемирного антидопингового агентства [Электронный ресурс]. URL: http://www.rusathletics.com/img/files/docs/ant/prohibited_list_2015.pdf (дата обращения 10.08.2022)
14. Ho E.N.M., Chan G.H.M., Wan T.S.M., Curl P., Riggs C.M., Hurley M.J. et al. Controlling the misuse of cobalt in horses // Drug Test. Anal. 2015. Vol. 7, N 1. P. 21-30. DOI: http://doi.wiley.com/10.1002/dta.1719
15. Jelkmann W. The disparate roles of cobalt in erythropoiesis, and doping relevance // Open J. Hematol. 2012. Vol. 3. P. 1-9. DOI: https://doi.org/10.13055/OJHMT_3_1_6.121211
16. Попова А.Ю., Тутельян В.А., Никитюк Д.Б. О новых (2021) Нормах физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации // Вопросы питания. 2021. Т 90, № 4. С. 6-19. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-4-6-19
17. Перекатова Т.Н., Остроумова М.Н. Еще раз о дефиците витамина В12 // Клиническая oнкогематология. 2009. Т. 2, № 2. С. 185-195.
18. URL: https://ods.od.nih.gov/factsheets/VitaminB12-HealthProfessional/
19. Bor V.M., Lydeking-Olsen E., Moller J., Nexo E. A daily intake of approximately 6 μg vitamin B-12 appears to saturate all the vitamin B-12-related variables in Danish postmenopausal women // Am. J. Clin. Nutr. 2006. Vol. 83, N 1. P. 52-58. DOI: https://doi.org/10.1093/ajcn/83.1.52
20. Dressler J., Storz M.A., Müller C., Kandil F.I., Kessler C.S., Michalsen A. et al. Does a plant-based diet stand out for its favorable composition for heart health? Dietary intake data from a randomized controlled trial // Nutrients. 2022. Vol. 14, N 21. Abstr. 4597. DOI: https://doi.org/10.3390/nu14214597
21. Darand M., Hassanizadeh S., Martami F., Shams-Rad S., Mirzaei M., Hosseinzadeh M. The association between B vitamins and the risk of COVID-19 // Br. J. Nutr. 2022. Nov 9. P. 1-26. DOI: https://doi.org/10.1017/S0007114522003075
22. Thevis M., Krug O., Piper T., Geyer H., Schanzer W. Solutions advertised as erythropoiesis-stimulating products were found to contain undeclared cobalt and nickel species // Int. J. Sports Med. 2016. Vol. 37, N 1. P. 82-84. DOI: https://doi.org/10.1055/s-0035-1569350
23. Tvermoes B.E., Finley B.L., Unice K.M., Otani J.M., Paustenbach D.J., Galbraith D.A. Cobalt whole blood concentrations in healthy adult male volunteers following two-weeks of ingesting a cobalt supplement // Food Chem. Toxicol. 2013. Vol. 53. P. 432-439. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fct.2012.11.033
24. Taylor A., Marks V. Cobalt: a review // J. Hum. Nutr. 1978. Vol. 32, N 3. P. 165-177. DOI: https://doi.org/10.3109/09637487809144525
25. Knoop A., Görgens C., Geyer H., Thevis M. Elevated urinary cobalt concentrations identified in routine doping controls can originate from vitamin B12 // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2020. Vol. 34, N 7. Abstr. e8649. DOI: https://doi.org/10.1002/rcm.8649
26. Hillyer L.L., Ridd Z., Fenwick S., Hincks P., Paine S.W. Pharmacokinetics of inorganic cobalt and a vitamin B12 supplement in the Thoroughbred horse: differentiating cobalt abuse from supplementation // Equine Vet. J. 2018. Vol. 50, N 3. P. 343-349. DOI: https://doi.org/10.1111/evj.12774
27. Sobolevsky T., Ahrens B. Measurement of urinary cobalt as its complex with 2-(5-chloro-2-pyridylazo)-5-diethylaminophenol by liquid chromatography-tandem mass spectrometry for the purpose of anti-doping control // Drug Test. Anal. 2021. Vol. 13, N 6. P. 1145-1157. DOI: https://doi.org/10.1002/dta.3004
28. Minakata K., Suzuki M., Suzuki O. Application of electrospray ionization tandem mass spectrometry for the rapid and sensitive determination of cobalt in urine // Anal. Chim. Acta. 2008. Vol. 614, N 2. P. 161-164. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aca.2008.03.043
29. Wenzel R., Major D., Hesp K., Doble P. Determination of vitamin B12 in equine urine by liquid chromatography - inductively coupled - plasma mass spectrometry // J. Trace Elem. Med. Biol. 2018. Vol. 50. P. 634-639. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2018.05.005
30. Knoop A., Planitz P., Wüst B., Thevis M. Analysis of cobalt for human sports drug testing purposes using ICP- and LC-ICP-MS // Drug Test. Anal. 2020. Vol. 12. P. 1666-1672. DOI: https://doi.org/10.1002/dta.2962
31. Popot M.A., Ho E.N.M., Stojiljkovic N., Bagilet F., Remy P., Maciejewski P. et al. Interlaboratory trial for the measurement of total cobalt in equine urine and plasma by ICP-MS // Drug Test. Anal. 2017. Vol. 9. P. 1400-1406. DOI: https://doi.org/10.1002/dta.2191
32. Hoffmeister T., Schwenke D., Krug O., Wachsmuth N., Geyer H., Thevis M. et al. Effects of 3 weeks of oral low-dose cobalt on hemoglobin mass and aerobic performance // Front. Physiol. 2018. Vol. 9. Absr. 1289. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2018.01289
33. Руководство ВАДА по биологическому паспорту спортсмена [Электронный ресурс]. URL: https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/guidelines_abp_v8_final.pdf (дата обращения: 15.08.2022)
34. Хельсинкская декларация Всемирной медицинской ассоциации [Электронный ресурс]. URL: http://acto-russia.org/index.php?option=com_content&task=view&id=21 (дата: обращения 15.08.2022)
35. Международный стандарт для лабораторий [Электронный ресурс]. URL: https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/isl_2021.pdf (дата обращения: 24 апреля 2022)
36. Инструкция к набору для иммунохемилюминесцентного определения витамина В12 [Электронный ресурс]. URL: https://www.accessdata.fda.gov/cdrh_docs/pdf15/K151786.pdf (дата обращения: 06.06.2022)
37. Smith T., Edmonds C.J., Barnaby C.F. Absorption and retention of cobalt in man by whole-body counting // Health Phys. 1972. Vol. 22, N 4. P. 359-367. DOI: https://doi.org/10.1097/00004032-197204000-00007
38. Coverdale J.P.C., Katundu K.G.H., Sobczak A.I.S., Arya S., Blindauer C.A., Stewart A.J. Ischemia-modified albumin: crosstalk between fatty acid and cobalt binding // Prostaglandins Leukot. Essent. Fatty Acids. 2018. Vol. 135. P. 147-157. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plefa.2018.07.014
39. Ramos P., Pinto E., Santos A., Almeida A. Reference values for trace element levels in the human brain: a systematic review of the literature // J. Trace Elem. Med. Biol. 2021. Vol. 66. Article ID 126745. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2021.126745
40. Baart A.M., Balvers M.G.J., de Vries J.H.M., Ten Haaf D.S.M., Hopman M.T.E., Klein Gunnewiek J.M.T. Relationship between intake and plasma concentrations of vitamin B12 and folate in 873 adults with a physically active lifestyle: a cross-sectional study // J. Hum. Nutr. Diet. 2021. Vol. 34, N 2. P. 324-333. DOI: https://doi.org/10.1111/jhn.12814
41. Ströhle A., Richter M., González-Gross M., Neuhäuser-Berthold M., Wagner K.H., Leschik-Bonnet E. et al.; German Nutrition Society (DGE). The revised D-A-CH-reference values for the intake of vitamin B12: prevention of deficiency and beyond // Mol. Nutr. Food Res. 2019. Vol. 63, N 6. Article ID e1801178. DOI: https://doi.org/10.1002/mnfr.201801178
42. Weggemans R.M., de Groot L.C., Haller J. Factors related to plasma folate and vitamin B12. The SENECA study // Int. J. Food Sci. Nutr. 1997. Vol. 48. P. 141-150. DOI: https://doi.org/10.3109/09637489709006974
43. Susanna F., Zighetti M.L., Bucciarelli P., Cugno M., Cattaneo M. Blood levels of homocysteine, folate, vitamin B6 and B12 in women using oral contraceptives compared to non-users // Thromb. Res. 2003. Vol. 112. P. 37-41. DOI: https://doi.org/10.1016/j.thromres.2003.11.007
44. Edel J., Pozzi G., Sabbioni E., Pietra R., Devos S. Metabolic and toxicological studies on cobalt // Sci. Total Environ. 1994. Vol. 150, N 1-3. P. 233-244. DOI: https://doi.org/10.1016/0048-9697(94)90159-7
45. Morsy S.M., el-Assaly F.M. Body elimination rates of 134CS, 60Co and 203Hg // Health Phys. 1970. Vol. 19. P. 769-773. DOI: https://doi.org/10.1097/00004032-197012000-00007
46. Christensen J.M., Poulsen O.M., Thomsen M. A short-term cross-over study on oral administration of soluble and insoluble cobalt compounds: sex differences in biological levels // Int. Arch. Occup. Environ. Health. 1993. Vol. 65. P. 233-240. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00381196
47. Paley K.R., Sussman E.S. Absorption of radioactive cobaltous chloride in human subjects // Metabolism. 1963. Vol. 12. P. 975-982.
48. Simonsen L.O., Brown A.M., Harbak H., Kristensen B., Bennekou P. Cobalt uptake and binding in human red blood cells // Blood Cells Mol. Dis. 2011. Vol. 46, N 4. P. 266-276. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bcmd.2011.02.009