CC BY-ND
43
НОЯБРЬ №11 (212) ЗНиСО
31
БИОМАРКЕРЫ ЭФФЕКТА КАК ПОКАЗАТЕЛИ И КРИТЕРИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ НА ЗДОРОВЬЕ
М.А. Землянова, О.В. Долгих
BIOMARKERS AS HEALTH EFFECT INDICATORS AND CRITERIA OF THE EXPOSURE TO MAN-MADE CHEMICAL ENVIRONMENTAL AND OCCUPATIONAL FACTORS
M.A. Zemlyanova, O.V. Dolgikh ФГУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора
Статья посвящена методологии обоснования маркеров эффекта при воздействии техногенных химических факторов окружающей и производственной среды. Представлено порядка 35 иммунологических, биохимических и молекулярно-генетических показателей, отражающих патоморфоз экодетерминированных болезней крови, органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы, развитие генетических и хромосомных нарушений при различных комплексах нагрузки в дестабилизированной среде обитания.
Ключевые слова: маркеры эффекта, факторы производственной и окружающей среды, патоморфоз заболеваний. The article is devoted to the methodology of substantiating markers of effects under the impact of technogenic chemical environmental and occupational factors. We present 35 immunological, biochemical, and molecular and genetic biomarkers reflecting the pathomorphism of environmentally induced blood, respiratory, gastrointestinal cardiovascular diseases, the development of genetic and chromosome disorders in the destabilized environment. Keywords: markers of effects, occupational and environmental factors, disease pathomorphism.
Проблема техногенно-опосредованных нарушений здоровья является актуальной для про-мышленно развитых территорий субъектов Российской Федерации, где население проживает и/ или постоянно работает в условиях экспозиции химическими веществами [1; 2; 3].
Для задач ранней диагностики, повышения эффективности профилактики и мониторинга метаболических, иммунных, цитогене-тических нарушений в условиях экспозиции техногенных химических факторов представляется актуальным изучение особенностей их развития и формирования, установление связи заболеваний с действием определенных конта-минантов. Обоснование биомаркеров эффекта позволит использовать их в качестве индикаторов нарушения гомеостаза и дополнительных диагностических критериев оценки санитарно-эпидемиологической обстановки.
Цель исследования — идентификация иммунологических, цитогенетических и биохимических маркеров эффекта при воздействии техногенных химических факторов окружающей и производственной среды и оценка их роли в системе санитарно-гигиенического анализа.
Методология исследования. Формирование доказательной базы и научное обоснование маркеров эффекта базируется на основе многолетних динамических наблюдений (1996—2010 гг.) особенностей нарушения здоровья детского и взрослого населения, проживающего в промы-шенных городах и районах Пермского края и регионов России (Оренбург, Нижнекамск, Свердловская, Кировская области и пр. ) в условиях воздействия техногенных химических загрязнителей различной интенсивности.
Для идентификации нарушений лабораторных показателей ответных реакций организма на повышенную контаминацию биологических сред (крови, мочи) используется комплекс следующих высокоэффективных селективных методов:
— иммунологических и аллергологических (проточная цитофлюориметрия для фенотипи-рования и исследование апоптоза лимфоцитов, иммуноферментный анализ для определения маркеров клеточной регуляции, аллергосорбент-ный тест с ферментной меткой для определения специфических ^Е к профессиональным аллергенам);
— молекулярно-цитогенетических (карио-типирование при скрининговых и ДНК-анализ FISH-методом при углубленных исследованиях для идентификации хромосомных и генетических мутаций в условиях экспозиции химических мутагенов);
— биохимических (исследование энзимов, компонентов протеинового, углеводного и ли-пидного профиля, низкомолекулярных азотистых соединений, пигментов, электролитов, макро- и микроэлементов, маркеров окислительно-восстановительных и воспалительных реакций, обменных процессов).
В результате выполненных направленных исследований состояния здоровья детского населения и работающих и обработки результатов более 200 тыс. тестов по 140 показателям было установлено порядка 35 иммунологических, биохимических и молекулярно-генетических маркеров эффекта, отражающих патоморфоз экодетерминированных болезней крови, органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы, развития генетических и хромосомных нарушений при различных комплексах в дестабилизированной среде обитания.
У детского населения выявленные изменения иммунных показателей свидетельствуют о нарушении регуляторных механизмов. Установлена супрессия клеточного иммунитета (достоверно низкие уровни показателей фагоцитоза; снижение относительного числа CD3+ лимфоцитов, р < 0,05) при идентификации в крови дихлорбромметана и дибромхлорметана
32
ЗНиСО НОЯБРЬ №11 (212)
на уровне 0,0001—0,0002 мг/дм3, хлороформа — 0,01 мг/дм3. Переключение иммунного ответа на Т2 тип (достоверное увеличение продукции цитокинов ^-4, ^-6, р < 0,05) выявлено при обнаружении в крови 1,2-дихлорэтана на уровне 0,017—0,02 мг/дм3. Превышение значений содержания CD95+ (маркера запрограммированной клеточной гибели) регистрируется при идентификации в крови четыреххлористого углерода в концентрациях 0,001—0,0015 мг/дм3. Результаты оценки содержания специфических иммуноглобулинов Е позволили выявить достоверно повышенную сенситивность детей к исследуемым контаминантам при их идентификации в крови в концентрациях, в 1,3—6,0 раз превышающих фоновый или референтный уровень (для марганца и формальдегида) или на уровне 0, 015 мг/ дм3 (для дихлорэтана). У 20—25 % детей исследуемой выборки, характеризующейся присутствием свинца и марганца в крови в концентрациях, до 5 раз превышающих референтный уровень, бензола на уровне 0,001 мг/дм3, толуола — о0,0005 мг/дм3, установлено отклонение гематологических показателей (снижение гемоглобина и эритроцитов, макро- и микроцитоз эритроцитов, лейкопения, р = 0,001—0,015), что свидетельствует о нарушении нормобластического типа эритропоэза по супрессивному типу. Нарушение ферментативной (активация трансаминаз 30—45 % детей) и синтетической функции печени (преимущественно угнетение углеводно -белковой — у 10—12 %, р = 0,025) регистрируется при содержании в крови хлорорганических соединений (хлороформ, дихлорэтан, четырех-хлористый углерод) на уровне 0,1—0,2 мг/дм3. Развитие воспалительных реакций со стороны слизистых оболочек гастродуоденальной сферы (повышение в сыворотке крови маркеров воспаления — С-реактивного белка, карцино-эмбрионального антигена у 15—20 % детей, р = 0,000—0,002) и активизация процессов пере-кисного окисления липидов (повышение малонового диальдегида в 1,8—2 раза в плазме крови относительно контроля у 45—65 % детей, р = 0,000) на фоне декомпенсаторного снижения антиоксидантной активности у 45—55 % детей (р = 0,001) регистрируются при повышенном уровне в крови бензола, фенола, формальдегида, хрома (до 5—10 раз относительно фоновых и референтных уровней). Электролитный дисбаланс (снижение содержания калия/повышение натрия в крови 17—24 % детей, р = 0,003) на фоне нейроэндокринной дисрегуляции, обусловленной нарушением синтеза гормонов гипоталамо-гипофизарной оси (повышение содержания ТТГ и кортизола у 15—20 %, снижение Т4своб., р = 0,000—0,001), наблюдается при уровне бензола в крови порядка 0,0025—0,005 мг/дм3.
Цитогенетические исследования показали, что у детей ряда промышленных городов края (г.г. Чусовой, Краснокамск, Пермь) регистрируются хромосомные нарушения преимущественно по типу регулярной простой трисомии
по 21-й хромосоме и регулярной трисомии 18-й хромосомы. При этом у 95 % обследованных детей с выявленной патологией был установлен повышенный уровень никеля и формальдегида в крови (кратность превышения референтного уровня — 3,5—4,0 раза и 8—10 раз соответственно, р = 0,000—0,001) на фоне дефицита цинка в крови (кратность снижения — 2,0—2,5 раза). Выявлена зависимость развития геномных мутаций у детей, обусловливающих врожденные пороки развития, рожденных от родителей с полиморфизмом генов и повышенным уровнем в крови химических мутагенов — формальдегида и никеля, превышающих фоновый и референтный уровень в 2—3,5 раза (3,12 < F < 3,50, 0,024 < р < 0,035).
Также установлена достоверная корреляционная зависимость дефицита фагоцитарного звена от содержания в крови хлорорганических соединений (дихлорбромметана и дибромхлор-метана) на уровне 0,0001—0,0002 мг/дм3 (г = 0,35, р < 0,05); стимуляции CD25+ от концентрации в крови четыреххлористого углерода, превышающей значение 0,008 мг/дм3 (г = 0,20, р < 0,05) и одновременной супрессии CD95+ от содержания дибромхлорметана и формальдегида (г = 0,20, р = 0,002). Установлена достоверная связь между содержанием в крови дихлорэтана и повышением интерферона-гамма, наличием в крови хлороформа и стимуляцией АКТГ (г = 0,45, р < 0,05), содержанием в крови формальдегида, марганца выше фонового уровня в 2,0—5,0 раз и экспрессией специфических реагинов (0,25 < г < 0,45, р = 0,001).
Установлена достоверная причинно-следственная связь между содержанием в крови 1,2-дихлорэтана, хлороформа, четыреххлористо-го углерода на уровне 0,001—0,018 мг/дм3 и повышением активности клеточных ферментов и снижением белковосинтетической функции печени (Я2 = 0,10—0,45; 23,7 < F < 540,6; р = 0,000); между повышенным уровнем в крови хлорор-ганических соединений и показателями нарушения окислительных и антиоксидантных процессов (как следствие повреждения клеточных мембран печени) в организме (Я2 = 0,20—0,64; 4,9 < F < 403,2; р = 0,000). Установлена достоверная зависимость развития гипокоагуляционных процессов от наличия в крови четыреххлористого углерода, бензола, этилбензола на уровне 0,0012— 0,02 мг/дм3 (Я2 = 0,20—0,35; 45,7 < F < 245,9; р = 0,000); нарушения процессов метаболизма (повышенный синтез дельта-аминолевулиновой кислоты) от повышенного содержания хлороформа, бензола, свинца в крови (Я2 = 0,35; F = 0,255, р = 0,000).
Установлены маркеры эффекта воздействия техногенных химических факторов у работающих в условиях профессиональных вредностей. Идентификация процессов запрограммированной клеточной гибели у работающих позволила установить, что с увеличением уровня низкомолекулярных соединений в крови (например,
НОЯБРЬ №11 (212) ЗНиСО
33
у аппаратчиков, занятых на производстве активированных углей, идентифицируются п- и м-крезолы в концентрациях до 0,08—0,09 мг/ дм3, не обнаруживаемые у работающих, не связанных с производственными вредностями) пропорционально возрастает количество лимфоцитов, экспрессирующих на мембране CD95+. Количество аннексин-позитивных клеток, свидетельствующих об апоптозе, достоверно снижается в 1 год экспозиции (стажа работы), что подтверждается высокозависимой корреляцией с контаминацией фенолом, в концентрациях превышающих 0,05—0,06 мг/дм3. При оценке цитокинового статуса у рабочих установлены высокие уровни ^4, ^8 и низкие показатели активности ^10, №N7, TNFa, что в контексте можно расценивать как компенсаторное явление, направленное на оптимизацию нарушений активности апоптоза в условиях контаминант-ной нагрузки.
Ближайшими перспективами развития научных направлений обоснования биомаркеров эффекта является изучение протеомного и ме-таболомного профиля человека и последствий внутримолекулярных взаимодействий в условиях внешнесредового и производственного воздействия факторов риска. Для этого в настоящее время на базе ФГУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления риском здоровью населения» Роспотребнадзора осуществляется разработка и внедрение высокочувствительных и высокоселективных биомолекулярных методов для идентификации принципиально новых прямых «биомаркеров-мишеней», непосредственно свя-
занных с развитием патологического процесса, а, следовательно, являющиеся индикаторами ранних стадий нарушений здоровья. Кроме этого, разрабатываются методы выделения, сортировки, использования стволовых клеток для идентификации эффектов низкомолекулярных гаптенов in vitro; постановка методов идентификации специфических антител к расширенному перечню токсикантов-аллергенов, анализ генного полиморфизма на уровне ДНК в условиях воздействия факторов риска.
Использование методов идентификации биологических маркеров эффекта позволит повысить качество контроля экспозиции техногенных химических факторов, осуществляемого в рамках государственной системы социально-гигиенического мониторинга, что является одним из составляющих повышения санитарно-эпидемиологического благополучия населения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гигиена труда: учеб. / под ред. Н.Ф. Измерова, В.Ф. Кириллова. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2003. 592 с.
2. Зайцева Н.В., Аверьянова Н.И., Корюкина И.П. Экология и здоровье детей Пермского региона. Пермь: Звезда, 1997. 146 с.
3. Состояние здоровья детей как фактор безопасности / А.А. Баранов, Л.А. Щеплягина, А.Г. Ильин, В.Р. Кучма //Рос. пед. журн. 2005. № 2. С. 4—8.
Контактная информация.
Землянова Марина Александровна, тел: 8 (342) 236-39-30, e-mail: zem@fcrisk. Contact information.
Zemlyanova Marina Aleksandrovna, phone: 8 (342) 236-39-30, e-mail: zem@fcrisk.
