Speziation trivalenter f-Elemente in den Biofluiden des Verdauungssystems

Im Falle einer Inkorporation radioaktiver Stoffe entstehen ernsthafte gesundheitliche Risiken durch deren Chemo- und Radiotoxizität. Um die möglichen toxischen Effekte besser abschätzen und letztendlich verhindern zu können, ist es notwendig, die Speziation dieser Elemente im menschlichen Organismus auf molekularer Ebene zu verstehen. Die Speziation beeinflusst die Aufnahme, den Transport, den Metabolismus, die Einlagerung und die Ausscheidung der Elemente.
Die Gefahr einer oralen Aufnahme von Radionukliden besteht durch kontaminierte Lebensmittel oder Trinkwasser. Deshalb haben wir die Speziation von ausgewählten dreiwertigen Actiniden und Lanthaniden (Cm(III) und Eu(III)) in den Biofluiden des Verdauungstraktes näher untersucht. Die Biofluide wurden nach einer international anerkannten Methode (Unified Bioaccessibility Method, UBM) der Bioaccessibility Research Group of Europe (BARGE) synthetisch hergestellt [1]. Parallel dazu wurden natürliche menschliche Speichelproben zum Vergleich in die Untersuchungen einbezogen [2].
Die Speziatonsuntersuchungen von Cm(III) und Eu(III) in den Verdauungsfluiden wurden mit Hilfe der zeitaufgelösten laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie (Time-Resolved Laser-induced Fluorescence Spectroscopy, TRLFS) durchgeführt. Für Speichel wurde ermittelt, dass sich zum größten Teil (60-90%) anorganische Komplexe bilden, darunter dominiert ein ternärer Komplex mit Phosphat und Carbonat als Liganden und Calcium als weiterem Kation zum Ladungsausgleich. Organische Komplexe, hauptsächlich mit dem Verdauungsenzym α-Amylase, wurden ebenfalls nachgewiesen. Wenn die Speichelmischung den Magen erreicht, findet aufgrund des niedrigen pH-Wertes im Magen (pH<2) eine Dissoziation der Komplexe statt, Cm(III) und Eu(III) liegen dann hauptsächlich in Form ihrer Aquo-Komplexe vor. Aber ein kleiner Teil der Metallionen (ca. 20%) bildet trotz des niedrigen pH-Wertes Komplexe mit dem Verdauungsenzym Pepsin. Im Dünndarm, wo die eigentliche Verdauung und die Absorption der (Nähr-, aber auch Gift-)Stoffe in den Blutkreislauf stattfindet, werden die Metallionen hauptsächlich (ca. 65%) von dem Protein Muzin komplexiert, welches Hauptbestandteil der schützenden Schleimhaut (Mucosa) ist, und ca. 35% liegen als anorganische Spezies mit Phosphat und Carbonat als Liganden vor.

Referenzen

[1] J. Wragg et al., British Geological Survey Open Report OR/07/027, Keyworth, Nottingham, 2009, 90 pp.
2] A. Barkleit et al., Dalton Trans. 46, 2017, 1593-1605.