Научная статья на тему 'Нестабильность и чувствительность генома здоровых детей в Магнитогорске'

Нестабильность и чувствительность генома здоровых детей в Магнитогорске Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
208
60
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Гигиена и санитария
Scopus
ВАК
CAS
RSCI
PubMed
Ключевые слова
НЕСТАБИЛЬНОСТЬ ГЕНОМА / МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО / ДЕТИ И ПОДРОСТКИ / GENOME VOLATILITY / CHILDREN AND ADOLESCENTS / METALS PRACTICE

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Ингель Фаина Исааковна, Кривцова Елена Константиновна, Юрцева Надежда Александровна, Антипанова Надежда Анатольевна, Легостаева Татьяна Борисовна

Проблема влияния факторов промышленного города на наследственный аппарат его жителей до конца не решена, поскольку традиционно в подобных исследованиях принимается во внимание только загрязнение компонентов окружающей среды. Однако существование множества сопутствующих социальных факторов, которые модифицируют генотоксические эффекты загрязнения, требует создания новой методологии генетико-токсикологических исследований. С этой целью в Магнитогорске, где расположен один из крупнейших в России металлургических комбинатов, мы провели комплексное обследование, в задачи которого входил анализ влияния комплекса экзогенных и эндогенных факторов на геном детей. В настоящей публикации представлены результаты пятого фрагмента этой работы анализ нестабильности и индивидуальной чувствительности генома 166 детей 5-7 лет, постоянно проживающих в двух районах Магнитогорска: вокруг металлургического комбината и на противоположном берегу р. Урал, где нет крупных промышленных предприятий. Исследование проведено в микроядерном тесте на лимфоцитах крови, культивированных с цитохалазином В. Для оценки индивидуальной чувствительности генома культуры крови экспонировали стандартным мутагеном N-метил^-нитро^-нитрозогуанидином. Цитогенетический анализ проводили в двуядерных клетках по международному протоколу, а также с использованием расширенного протокола по 32 показателям. Установлено, что среднегрупповые частоты двуядерных клеток с микроядрами (0,5-0,7%) не отличались от уровней, определенных у детей, проживающих в Европе, и не различались между районами города. Однако расширенный протокол цитогенетического анализа обнаружил, что реальная частота делящихся клеток с повреждениями в культурах крови детей составляла 1,49-1,66%. Более высокая спонтанная пролифератив-ная активность клеток и большая частота делящихся клеток с повреждениями были выявлены в культурах крови детей, проживающих в поселках вокруг АО ММК, в то время как индивидуальная чувствительность генома у этих детей была ниже, чем у их ровесников с противоположного берега р. Урал. Аналогичное заключение, но уже относительно состояния систем адаптации всего организма сделали по результатам других фрагментов этого исследования, опубликованных ранее.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Ингель Фаина Исааковна, Кривцова Елена Константиновна, Юрцева Надежда Александровна, Антипанова Надежда Анатольевна, Легостаева Татьяна Борисовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Volatility and sensitivity of the genome of healthy children in Magnitogorsk

Problem of the influence offactors of the industrial city on the hereditary apparatus of its residents has not been fully resolved, because of traditionally in such studies only the pollution of environment components is taken into account. However, the existence of a set of contributing social factors that modify the genotoxic effects ofpollution, requires the creation of a new methodology for genetic and toxicological studies. For this purpose, in Magnitogorsk, where one of Russia's largest steel plants is located, we conducted a comprehensive survey, whose tasks included the analysis of the influence of the complex of exogenous and endogenous factors on the genome of children. In this publication there are presented the results of the fifth fragment of this work the analysis of instability and individual sensitivity of the genome of 166 children of 5-7 years, residing in two districts of Magnitogorsk: around the steel plant and on the opposite bank of Ural river, where there are no large-scale industrial enterprises. The study was conducted in the micronucleus test on peripheral blood lymphocytes cultured with cytochalasin B. For assessment of individual sensitivity of genome blood cultures were exposed to standard N-methyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG) mutagen. Cytogenetic analysis was performed in binucleated cells accordingly to international protocol, as well as with the use of an extended protocol including 32 indices. Average group frequency of binuclear cells with micronuclei (0.5-0.7%) were found not differ from the levels defined in children residing in Europe, and not differ between areas of the town. However, the extended protocol of cytogenetic analysis discovered that the real frequency of dividing cells with lesions in blood cultures of children was 1,49-1,66%. Higher spontaneous proliferative activity of the cells and the frequency of dividing cells with injuries were found in blood cultures of children residing in settlements around the Magnitogorsk steel plant, while the individual sensitivity of the genome in these children was lower than that of their peers from the opposite bank of the Ural river. A similar conclusion, but already in relation to the state of the systems for adaptation of entire body has been made from results of other fragments of the study, published earlier.

Текст научной работы на тему «Нестабильность и чувствительность генома здоровых детей в Магнитогорске»

[гиена и санитария 3/2013

О коллектив авторов, 2013 УДК 614.7:575.113.08-053.2

Ф.И. Ингель1, Е.К. Кривцова1, Н.А. Юрцева1, Н. А. Антипанова2, Т.Б. Легостаева2

НЕСТАБИЛЬНОСТЬ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ГЕНОМА ЗДОРОВЫХ ДЕТЕЙ ИЗ МАГНИТОГОРСКА

1ГУ "НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им А.Н. Сысина" РАМН, 119992, Москва; 2Магнитогорский государственный университет, 455038, Магнитогорск

Проблема влияния факторов промышленного города на наследственный аппарат его жителей до конца не решена, поскольку традиционно в подобных исследованиях принимается во внимание только загрязнение компонентов окружающей среды. Однако существование множества сопутствующих социальных факторов, которые модифицируют генотоксические эффекты загрязнения, требует создания новой методологии генетико-токсикологических исследований. С этой целью в Магнитогорске, где расположен один из крупнейших в России металлургических комбинатов, мы провели комплексное обследование, в задачи которого входил анализ влияния комплекса экзогенных и эндогенных факторов на геном детей. В настоящей публикации представлены результаты пятого фрагмента этой работы - анализ нестабильности и индивидуальной чувствительности генома 166 детей 5-7 лет, постоянно проживающих в двух районах Магнитогорска: вокруг металлургического комбината и на противоположном берегу р. Урал, где нет крупных промышленных предприятий.

Исследование проведено в микроядерном тесте на лимфоцитах крови, культивированных с цитохалазином В. Для оценки индивидуальной чувствительности генома культуры крови экспонировали стандартным мутагеном Ы-метил-Ы-нитро-Ы-нитрозогуанидином. Цитогенетический анализ проводили в двуядерных клетках по международному протоколу, а также с использованием расширенного протокола по 32 показателям. Установлено, что среднегрупповые частоты двуядерных клеток с микроядрами (0,5-0,7%) не отличались от уровней, определенных у детей, проживающих в Европе, и не различались между районами города. Однако расширенный протокол цитогенетического анализа обнаружил, что реальная частота делящихся клеток с повреждениями в культурах крови детей составляла 1,49-1,66%. Более высокая спонтанная пролиферативная активность клеток и большая частота делящихся клеток с повреждениями были выявлены в культурах крови детей, проживающих в поселках вокруг АО ММК, в то время как индивидуальная чувствительность генома у этих детей была ниже, чем у их ровесников с противоположного берега р. Урал. Аналогичное заключение, но уже относительно состояния систем адаптации всего организма сделали по результатам других фрагментов этого исследования, опубликованных ранее.

Ключевые слова: нестабильность генома; металлургическое производство; дети и подростки

F. I. Ingel1, E. K. Krivtsova1, N. A. Urtseva1, N. A. Antipanova2, T. B. Legostaeva2 — VOLATILITY AND SENSITIVITY OF THE GENOME OF HEALTHY CHILDREN IN MAGNITOGORSK

1A. N. Sysin Research Institute for Human Ecology and Environmental Hygiene, Moscow, Russian Federation, 119121; Magnitogorsk State University, Magnitogorsk, Russian Federation, 455038

Problem of the influence offactors of the industrial city on the hereditary apparatus of its residents has not been fully resolved, because of traditionally in such studies only the pollution of environment components is taken into account. However, the existence of a set of contributing social factors that modify the genotoxic effects ofpollution, requires the creation of a new methodology for genetic and toxicological studies. For this purpose, in Magnitogorsk, where one of Russia's largest steel plants is located, we conducted a comprehensive survey, whose tasks included the analysis of the influence of the complex of exogenous and endogenous factors on the genome of children. In this publication there are presented the results of the fifth fragment of this work - the analysis of instability and individual sensitivity of the genome of 166 children of 5-7 years, residing in two districts of Magnitogorsk: around the steel plant and on the opposite bank of Ural river, where there are no large-scale industrial enterprises.

The study was conducted in the micronucleus test on peripheral blood lymphocytes cultured with cytochalasin B. For assessment of individual sensitivity of genome blood cultures were exposed to standard N-methyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG) mutagen. Cytogenetic analysis was performed in binucleated cells accordingly to international protocol, as well as with the use of an extended protocol including 32 indices. Average group frequency of binuclear cells with micronuclei (0.5-0.7%) were found not differ from the levels defined in children residing in Europe, and not differ between areas of the town. However, the extended protocol of cytogenetic analysis discovered that the real frequency of dividing cells with lesions in blood cultures of children was 1,49-1,66%. Higher spontaneous proliferative activity of the cells and the frequency of dividing cells with injuries were found in blood cultures of children residing in settlements around the Magnitogorsk steel plant, while the individual sensitivity of the genome in these children was lower than that of their peers from the opposite bank of the Ural river. A similar conclusion, but already in relation to the state of the systems for adaptation of entire body has been made from results of other fragments of the study, published earlier.

Key words: genome volatility, metals practice, children and adolescents

"Нестабильность генома" - термин, введенный для описания комплекса множественных изменений, приводящих к трансформации стабильного генома

для корреспонденции: Ингель Фаина Исааковна (e-mail: fainaingel@mail . ru)

нормальной клетки в нестабильный, характерный для клеток опухоли [31].

В связи с постоянным ростом частоты опухолевых заболеваний во всем мире и в особенности среди детей и подростков [2] все большую актуальность приобретают исследования, связанные с

20

Расположение обследованных детских садов относительно коксохимического производства

ао ммк.

анализом источников онкологического риска. В частности, хорошо известно, что канцерогенные соединения присутствуют в выбросах металлургического производства [26], однако сведений об уровнях нестабильности генома у рабочих металлургических комплексов очень мало, причем имеющиеся данные преимущественно относятся к сравнительному анализу генотоксических эффектов у рабочих коксохимического производства, в выбросах которого доказано присутствие канцерогенов, и взрослых жителей этих промышленных центров [3, 20, 23, 24, 34]. В то же время известно, что одной из наиболее чувствительных популяций к средовым воздействиям являются дети [1, 15, 21, 29], причем различия в биологических эффектах экспозиции и сроках их проявления между детьми и взрослыми обусловлены большей чувствительностью генома детей к внешним воздействиям [28]. Однако сведения, в которых анализируются показатели нестабильности генома детей из городов, где расположены крупные металлургические комплексы, в доступной литературе отсутствуют.

Один из крупнейших в РФ металлургических комбинатов с полным производственным циклом расположен в Магнитогорске (Магнитогорский металлургический комбинат, АО ММК). Вклад этого предприятия в общее загрязнение атмосферы города составляет до 79%. С 199б г. приказом Минприроды РФ Магнитогорск отнесен к зоне чрезвычайной экологической ситуации, а также регулярно включается в полный список наиболее загрязненных городов мира [11]. Превышение ПДК соединений, обладающих генотоксической активностью - бенз(а)пирена, бензола, фенола, формальдегида и др., обнаруженное в атмосфере города [8-10, 12-14], предполагает возможность повышения уровня генетических повреждений у жителей и следовательно является предпосылкой для развития онкологических заболеваний.

Исследования, проведенные в Магнитогорске ранее, показали, что атмосферные выбросы АО ММК оказывают существенное влияние на здоровье не только работников предприятия, но и населения города, в частности детей. Так, в период 1980-2001 гг. среди детей в городе было отмечено значительное повышение частоты врожденных пороков развития (с 0,28 до 2,29 на 1000 человек) и частоты новообразований (с 0,22 до 0,63 на 1000 человек) [7-10, 12-14]. В Магнитогорске мы провели многопараметровое обследование, направленное на анализ влияния комплекса средовых, социальных и психологических факторов

на нестабильность и индивидуальную чувствительность генома практически здоровых детей 5-7 лет.

Город расположен на двух берегах р. Урал и традиционно подразделен на правобережную часть, где нет крупных промышленных предприятий и проживает 85% населения, и левобережную, где расположен АО ММК, в поселках вокруг которого проживает 15% населения. Поэтому в задачи работы входил сравнительный анализ факторов, влияющих на состояние здоровья детей, проживающих в этих районах города. В настоящей публикации представлены результаты пятого фрагмента1 этого исследования, посвященного анализу нестабильности и индивидуальной чувствительности генома детей.

Материалы и методы

Формирование групп. Для обследования были выбраны 8 муниципальных детских садов (д/с), расположенных на разном расстоянии от АО ММК, на правом и левом берегу р. Урал (рис. 1), где дети находились на централизованном (общегородском) питании и в условиях единого режима дня. В каждом из этих д/с выбирали мальчиков и девочек 5-7 лет (группы из 20-30 человек), родители которых до рождения ребенка не работали на коксохимическом производстве АО ММК. Другими критериями выбора детей для об-

'Другие материалы опубликованы в журнале «Гигиена и санитария»: 2010, №3, с. 58-63; 2010, №4, с. 47-52 и 2010, №4, с. 34-41.

21

[гиена и санитария 3/2013

следования были:

1) группа здоровья 1 или 2;

2) проживание с рождения на расстоянии не более 1 км от выбранного д/с и посещение его с 3-4 лет;

3) отсутствие заболеваний, лекарственной и других видов терапии, рентгенографии, хирургических вмешательств и пр. в течение 2 мес до начала обследования;

4) нормальный уровень тревоги, определенный по тесту Люшера за 10—14 дней до обследования.

Всего из 1364 детей 5—7 лет, посещавших выбранные детские сады, для обследования были отобраны 166 детей из 164 семей: 85 из них проживали на правом берегу р. Урал, 81 — на левом.

Цитогенетические исследования. Анализ нестабильности и индивидуальной чувствительности генома детей проводили в микроядерном тесте на цельной венозной крови, которую культивировали в условиях цитокинетического блока [17, 18]. Для постановки культуры у каждого ребенка в стерильные контейнеры "Vacuette" с гепарином отбирали 1 мл крови (эту работу проводили процедурные медсестры в помещении городской детской клинической Больницы Магнитогорска). От каждого ребенка ставили 2 параллельные культуры для определения спонтанного (фонового) уровня нестабильности и индивидуальной чувствительности генома к действию малой (стандартной) генотоксической нагрузки. Для оценки индивидуальной чувствительности генома на 24-м часу от постановки культуры в одну из культур вводили водный раствор стандартного мутагена прямого действия К-метил-К-нитро-Л-нитрозогуанидина (МННГ, обладает канцерогенной активностью и используется в цитогенетических исследованиях в качестве стандартного мутагена прямого действия, который индуцирует преимущественно однонитевые разрывы ДНК) до конечной концентрации 0,07 мМ [30]. Для оценки спонтанных уровней нестабильности генома во второй флакон вводили тот же объем физиологического раствора. На 44-м часу в обе пробы вводили цитохалазин В до конечной концентрации 6 мкг/мл. Культуры стандартно фиксировали на 72-м часу от начала постановки [17, 18, 32], цитогенетические препараты окрашивали азур-эозином по Гимзе-Романовскому и шифровали.

Микроскопический анализ каждого препарата (в проходящем свете при увеличении 10х100 — масляная иммерсия) проводили в 2 этапа: сначала при подсчете 500 клеток определяли спектр клеточных популяций, отмечая в протоколе количество клеток в стадии митоза, число клеток с одним, двумя, тремя, четырьмя и более ядрами, повреждения (микроядра и нуклеоплазменные мосты) в них, а также количество клеток в состоянии апоптоза. Для анализа выбирали только те поля зрения, на которых все клетки лежали отдельно, каждая из интерфазных клеток имела четкую цитоплазму, и в ней можно было подсчитать количество ядер, обнаружить микроядра (МЯ) и нуклеоплазменные мосты (НПМ). Поля зрения, не соответствовавшие этим критериям, пропускали [5, 6]. Затем на других участках стекла анализировали содержание МЯ и НПМ только в двуядерных клетках, доводя их суммарное количество до 1000. Кроме того, рассчитывали индекс репликации ядер [32] и объем пролиферативного пула; а также несколько новых показателей: представленность в пролиферативном пуле популяций 2-, 3-, 4-ядерных клеток, клеток с числом ядер более 4, соотношение частот 3- и 4-ядерных клеток, долю

(в %) делящихся клеток с повреждениями [5]. Такой анализ позволяет оценить Большинство существующих вариантов проявления нестабильности генома: митотическую и пролиферативную активность клеток в культуре, особенности повреждения генома, степень симметрии распределения генетического материала между дочерними ядрами (анеуплоидию) и апоптоз.

МЯ идентифицировали как лежащие в цитоплазме четко отдельные от ядер округлые хроматиновые тела с непрерывным гладким краем. Диаметр микроядер составлял не более 1/4 диаметра ядра [18].

Индивидуальную чувствительность генома детей определяли по тем же показателям, что и спонтанный уровень нестабильности генома. Результаты выражали как кратность превышения эффектов МННГ над спонтанным уровнем; эти показатели оценивали у каждого ребенка, а затем усредняли их по детским садам. Кроме того, оценивали цитотоксический эффект действия МННГ [27].

Всего было проанализировано более 360 тыс. клеток (табл. 1).

Статистическую обработку данных проводили с использованием непараметрических критериев в стандартном пакете компьютерных программ Statis-tiea 6.0 StatSoft.

На проведение обследования были получены разрешение главного педиатра города и письменное согласие родителей всех обследованных детей.

Результаты и обсуждение

Спонтанные (фоновые) уровни пролиферации клеток, так же как и частоты клеток с повреждениями, в разных детских садах статистически не различались ни по одному из изученных показателей, что может объясняться их значительной дисперсией в каждом д/с.

Сравнение когорт детей, посещающих детские сады на разных берегах р. Урал (табл. 2) прежде всего показало, что эти когорты не различались по частоте двуядерных клеток с МЯ — основному критерию, принятому в международных исследованиях для определения уровня нестабильности генома [17, 18]. Не менее важно, что средние частоты двуядерных клеток с МЯ, обнаруженные у детей в Магнитогорске, не отличались от среднеевропейских показателей для детей [28]. Таким образом, если принять, что ча-

Таблица 1

Объем проведенных исследований

Район Детский сад № Проанализировано клеток

спонтанный уровень чувствительно сть генома

Левый берег 179 31 045 29 354

(АО ММК) 163 31 992 29 340

126 28 126 26 072

Правый берег 122 31 952 30 373

141+146 36 014 34 261

18+170 26 657 25 338

Всего... 185 786 174 738

Итого... 360 524

22

Таблица 2

Спонтанные уровни пролиферативной активности клеток и повреждения генома в культуре крови детей, проживающих на разных берегах р. Урал

Показатель Левый берег (АО ММК) Правый берег Значимость

ср. ст. отклон. ср. ст. отклон. различий р <

Митоз (%) 4,07 1,42 3,46 1,31 0,012

Апоптоз (%) 1,05 1,10 1,04 0,98 0,841

Соотношение частот митоза и апоптоза 0,33 0,51 0,38 0,49 0,226

1-ядерных клеток (%) 33,72 7,71 39,76 8,56 0,000

1-ядерных клеток с МЯ (%) 0,29 0,47 0,23 0,34 0,719

2-ядерных клеток (%) 38,72 4,97 37,58 5,11 0,225

2-ядерных клеток с мостом (%) 0,45 0,40 0,33 0,40 0,008

2-ядерных клеток с МЯ (%) 0,52 0,39 0,70 0,83 0,880

2-ядерных клеток с множеств МЯ (%) 0,04 0,10 0,03 0,07 0,865

2-ядерных клеток с МЯ типа «разбитое яйцо» (%) 0,39 0,73 0,27 0,60 0,554

2-ядерных клеток с повреждениями (МЯ+мост) (%) 0,96 0,66 1,03 1,09 0,205

3-ядерных клеток (%) 6,27 2,67 5,54 2,49 0,059

3-ядерных клеток с мостом (%) 5,55 7,60 4,00 4,75 0,269

3-ядерных клеток с МЯ (%) 5,63 5,46 4,45 5,74 0,109

3-ядерных клеток с повреждениями (МЯ+мост) (%) 11,18 10,10 8,46 8,57 0,032

4-ядерных клеток (%) 17,80 5,18 14,41 5,46 0,001

4-ядерных клеток с мостом (%) 2,71 2,71 2,36 2,68 0,161

4-ядерных клеток с МЯ (%) 4,33 3,68 3,46 3,74 0,038

4-ядерных клеток с повреждениями (МЯ+мост) (%) 8,28 6,61 8,48 10,05 0,250

Полиядерных клеток (%) 3,08 1,87 2,71 1,64 0,236

Полиядерных клеток с мостом (%) 4,09 7,77 2,61 6,82 0,029

Полиядерных клеток с МЯ (%) 5,37 7,83 6,90 8,11 0,185

Полиядерных клеток с повреждениями (МЯ+мост) (%) 9,46 11,03 9,51 11,53 0,984

делящихся клеток с повреждениями (%) 1,60 0,91 1,36 0,92 0,034

Соотношение частот ускоренно делящихся клеток (2 митоз: % 3-ядерных / % 4-ядерных) 0,36 0,15 0,46 0,36 0,092

Ускоренно делящихся клеток (%) 27,15 7,62 22,66 7,45 0,002

Ускоренно делящихся клеток в пролиферативном пуле (%) 40,72 8,50 36,86 9,09 0,017

Ускоренно делящихся клеток с МЯ (%) 4,72 3,67 4,04 3,39 0,252

Ускоренно делящихся клеток с мостом (%) 3,30 3,10 2,57 2,47 0,036

Ускоренно делящихся клеток с повреждениями (МЯ+мост) (%) 8,02 5,28 6,60 4,44 0,094

Пролиферативный пул (%) 69,94 7,06 63,70 9,24 0,000

индекс пролиферации клеток 1,93 0,14 1,83 0,15 0,000

индекс репликации ядер 2,01 0,17 1,89 0,18 0,000

стота двуядерных клеток с генетическими повреждениями полностью отражает эффекты генотоксического действия, и учесть, что Магнитогорск регулярно включается в списки самых грязных городов мира, то следует заключить, что очень высокий уровень загрязнения атмосферы города, в том числе генотоксикантами [7—14], никак не влияет на частоту генетических повреждений в клетках крови детей, постоянно в нем проживающих. В то же время реальные уровни генотоксических эффектов, определенные с учетом повреждений во всех делящихся клетках, в 2-3 раза превышали частоты, обнаруженные в двуядерных

клетках. Это наблюдение поднимает очень важный вопрос: о реальной частоте генетических повреждений, существующих в клетках крови детей из Магнитогорска в частности, и в лимфоцитах крови человека вообще. Ответ на него может быть получен при обобщении данных по крайней мере нескольких исследований, проведенных с использованием расширенного протокола цитогенетического анализа.

Как видно из данных табл. 2, частота клеток с генетическими повреждениями была несколько выше в культурах крови детей, проживающих в поселках вокруг АО ММК. По другим показателям различия

23

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

[гиена и санитария 3/2013

между когортами также невелики и ими можно было бы пренебречь, если бы не два факта: высокий уровень достоверности этих различий и согласованность обнаруженных эффектов между собой. Так, на левом берегу р. Урал в культурах крови детей наблюдалась более высокая митотическая активность, чем на правом берегу. Этот эффект согласуется с обнаружением у детей на левом берегу сдвига спектра делящихся клеток в сторону клеток с числом ядер более 2 (прошедших больше одного деления за время культивирования с цитохалазином), а также с увеличением индекса репликации ядер и объема пролиферативного пула. В целом полученные данные свидетельствуют о большей пролиферативной активности клеток в культурах крови детей, проживающих на левом берегу р. Урал вокруг АО ММК. Поскольку продолжительность культивирования всех проб крови строго одинакова, большая частота ускоренно делящихся клеток может свидетельствовать о большей скорости пролиферации и следовательно меньшей продолжительности клеточного цикла. Так как каждая нормальная клетка в организме делится ограниченное количество раз, сокращение продолжительности клеточного цикла, обнаруженное в культурах крови детей с левого берега по сравнению с правым, должно свидетельствовать о возможности более быстрого старения организма детей, проживающих вокруг металлургического комбината.

Во фракциях полиядерных клеток культур крови всех детей частота генетических повреждений была значительно выше, чем во всех остальных популяциях. Этот эффект был впервые описан в работе [32], а затем мы регулярно наблюдали и учитывали его в культурах клеток взрослых и детей [5, 6]. Накопление повреждений в поколениях делящихся клеток должно свидетельствовать о недостаточной работе систем репарации ДНК и/или систем апоптоза. Но в любом случае этот феномен говорит о закреплении генетических повреждений в потомках делящихся клеток. Следует отметить, что в культурах крови детей с левого берега численность фракции ускоренно делящихся клеток, как и частота повреждений в них, была выше, что должно создавать для этих детей менее благоприятный прогноз, чем для их ровесников, живущих на правом берегу р. Урал. Важно, что частоты апоптоза между когортами не различались, т. е. большая частота поврежденных клеток, отмеченная на левом берегу, не приводила к повышению уровня запрограммированной гибели клеток, что предполагает большую вероятность закрепления генетических повреждений в поколениях клеток у детей, проживавших на левом берегу.

Оценка чувствительности генома к дополнительной генотоксической нагрузке дает незаменимо важную информацию о состоянии адаптивных систем клетки, о том уровне воздействия, которое клеточная популяция может выдержать без ущерба, а также именно об ущербе, наносимом клеточной популяции модельным воздействием. Результаты анализа индивидуальной чувствительности генома детей к действию малой дозы стандартного мутагена МННГ, усредненные по детским садам, приведены в табл. 3.

Следует отметить, что в культурах крови детей, проживающих в разных районах Магнитогорска, наблюдались сходные эффекты: повышение частоты клеток с повреждениями, снижение пролиферативной активности клеток по сравнению со спонтанным уровнем (генотоксические воздействия часто вызывают задержку пролиферации, связанную с репарацией ДНК [19], и повышение частоты апоптоза). Для большинства детей индекс чувствительности генома к МННГ (МННГ/Фон) не превышал 2, что согласуется с результатами исследований аналогичных эффектов в культурах крови молодых здоровых некурящих добровольцев, проведенных ранее [4], и поэтому может свидетельствовать о достаточной устойчивости генома большинства обследованных детей к действию малой дозы стандартного мутагена.

Сравнение чувствительности генома к действию стандартного мутагена МННГ для когорт детей с разных берегов г. Урал показывает, что различия были очень малы, а дисперсия у большинства показателей - велика (табл. 3). Тем не менее более выраженное подавление пролиферации клеток под действием МННГ наблюдали в культурах крови детей с левого берега р. Урал, о чем свидетельствует несколько больший у них индекс МННГ/Фон для 1-ядерных клеток и меньший для 4-ядерных и всех ускоренно делящихся. Если предположить, что это замедление пролиферации связано с активизацией систем репарации ДНК, то в когорте детей с левого берега следует ожидать меньшие частоты поврежденных клеток. Результаты цитогенетического анализа показали, что именно этот эффект мы наблюдали: большая частота делящихся клеток с повреждениями наблюдалась в культурах крови детей с правого берега р. Урал.

Обобщая все представленные данные, следует отметить, что в культурах крови детей, проживающих в поселках вокруг АО ММК, мы наблюдали большую спонтанную скорость пролиферации клеток крови и большую частоту делящихся клеток с повреждениями. Однако действие стандартного мутагена МННГ in vitro привело к тому, что у детей с левого берега пролиферативная активность клеток тормозилась больше, а сами делящиеся клетки проявили меньшую чувствительность к мутагену, чем у их ровесников с правого берега. То есть адаптационные резервы клеток крови детей, проживающих в поселках вокруг АО ММК, были выше, чем у детей с правого берега.

Аналогичное заключение, но уже относительно состояния систем адаптации всего организма мы сделали по результатам анализа степени выраженности тревоги и вегетативного тонуса организма обследованных детей. Следует добавить, что анализ заболеваемости детей из тех же детских садов не выявил различий между районами в первичной заболеваемости, но показал, что распространенность заболеваний была выше среди детей, проживающих на правом берегу р. Урал.

Традиционно наличие генотоксических эффектов и нестабильности генома в целом связывают с загрязнением окружающей среды. Анализ этой связи показал, что в воздушной среде Магнитогорска присутствует несколько новых, не учитываемых ранее

24

Таблица 3

Чувствительность генома детей, проживающих на разных берегах р. Урал, к действию Ч-метил-Ч-нитро-Ч-нитрозогуанидина in vitro

Показатель Левый берег (АО ММК) Правый берег Уровень

ср. ст.отклон. ср. ст.отклон. различий p <

Митоз (%) 0,72 0,53 0,73 0,39 0,365

Апоптоз (%) 1,39 1,72 1,61 1,79 0,438

1-ядерных клеток (%) 1,66 0,38 1,49 0,32 0,013

1-ядерных клеток с МЯ (%) 1,78 2,61 2,21 1,82 0,196

2-ядерных клеток (%) 0,93 0,18 0,87 0,23 0,130

2-ядерных клеток с НПМ (%) 2,53 4,35 3,77 5,85 0,091

2-ядерных клеток с МЯ (%) 1,79 1,89 2,03 1,70 0,284

2-ядерных клеток с множественными МЯ (%) 1,37 0,75 2,25 2,20 0,746

2-ядерных клеток с МЯ типа «разбитое яйцо» (%) 1,19 0,80 1,43 0,84 0,402

2-ядерных клеток с повреждениями (МЯ + мост) (%) 2,29 3,88 2,71 2,56 0,025

3-ядерных клеток (%) 0,64 0,31 0,86 0,57 0,097

3-ядерных клеток с мостом (%) 1,78 1,05 2,61 2,41 0,426

3-ядерных клеток с МЯ (%) 1,80 1,87 2,07 1,31 0,143

3-ядерных клеток с повреждениями (МЯ + мост) (%) 0,96 1,16 1,05 1,00 0,536

4-ядерных клеток (%) 0,30 0,16 0,44 0,33 0,007

4-ядерных клеток с мостом (%) 3,58 3,59 4,03 3,96 0,949

4-ядерных клеток с МЯ (%) 4,07 5,04 4,00 4,56 0,596

4-ядерных клеток с повреждениями (МЯ + мост) (%) 3,12 3,15 2,87 3,12 0,407

Полиядерных клеток (%) 0,55 0,47 0,69 0,58 0,150

Полиядерных клеток с НПМ (%) 2,10 1,50 3,73 5,56 0,855

Полиядерных клеток с МЯ (%) 4,06 3,05 1,52 1,48 0,007

Полиядерных клеток с повреждениями (МЯ + мост) (%) 2,85 2,16 1,83 1,41 0,064

Делящихся клеток с повреждениями (%) 1,47 5,14 1,92 1,38 0,010

Соотношение частот ускоренно делящихся клеток (2 митоз: % 3-ядерных / % 4-ядерных) 2,76 2,48 2,82 3,07 0,661

Ускоренно делящихся клеток в пролиферативном пуле (%) 0,54 0,18 0,69 0,26 0,000

Ускоренно делящихся клеток с повреждениями (%) 2,85 3,92 2,20 2,17 0,292

Пролиферативный пул (%) 0,65 0,12 0,69 0,20 0,215

Индекс токсичности 40,02 13,28 33,17 22,27 0,055

потенциально канцерогенных соединений. Однако исследования, проведенные ранее, показали, что одним из источников и/или модификаторов нестабильности генома может быть эмоциональное состояние детей, а также социальные и психологические факторы их семьи. Анализу этих связей в Магнитогорске будут посвящены следующие публикации.

Литер атура

1. Вельтищев Ю.Е. Этиология и патогенез экопатологии у детей. В кн.: Студеникин М.Я., Ефимова А.А., ред. Экология и здоровье детей. М.: Медицина; 1998: 18-65.

2. ВОЗ. Рак. Информационный бюллетень №297, февраль 2012г. ULR: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs297/ ra/index.html (дата обращения 11 февраля 2009)

3. Дружинин В.Г Количественные характеристики частоты хромосомных аберраций в группе жителей крупного промышленного региона Западной Сибири. Генетика. 2003; 39(8): 1-8.

4. Ингель Ф.И., Гуськов А.С., Юрченко В.В., Кривцова Е.К.,

Юрцева Н.А. Показатели пролиферативной активности и их связь с генетическими повреждениями лимфоцитов крови при культивировании в условиях цитокинетического блока. Вестник РАМН. 2006; 4: 41—6.

5. Ингель Ф.И. Перспективы использования микроядерного теста на лимфоцитах крови человека, культивируемых в условиях цитокинетического блока. ч. 1. Пролиферация клеток. Экологическая генетика. 2006; 4(3): 7—19.

6. Ингель Ф.И. Перспективы использования микроядерного теста на лимфоцитах крови человека, культивируемых в условиях цитокинетического блока. ч. 2. Факторы среды и индивидуальные особенности в системе оценки нестабильности генома человека. Экологическая генетика. 2006; 4(4): 39—54.

7. Иродова Е.В. Распространение рака легкого среди населения в городах с разным уровнем загрязнения атмосферного воздуха: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. М.; 1974.

8. Коганова З.И., Ингель Ф.И., Антипанова Н.А., Легостаева Т. Б., Полякова О. В. Оценка адаптационных возможностей организма детей г. Магнитогорска по активности некоторых ферментов детоксикации. Гигиена и санитария. 2010; 3: 58—63.

9. Котляр Н.Н. Комплексное изучение влияние выбросов пред-

25

[гиена и санитария 3/2013

приятий чёрной металлургии на здоровье женщин репродуктивного возраста (на модели г. Магнитогорска): Автореф. дис. ... канд. мед. наук. Оренбург; 2000.

10. Малахов С.Г., Тулупов П.Е. О переносе в атмосфере и выпадении на землю токсичных металлов в районах промышленных городов. л.: Гидрометеоиздат; 1982.

11. Полный список наиболее загрязненных городов мира, ежегодно составляемый Blacksmith Institute. URL: http://www. blacksmithinstitute . org (дата обращения 7 августа 2012).

12. СафроновМ.Ф. Об особенностях социально-экономического развития городов с градообразующими предприятиями чёрной металлургии. В кн.: Проблемы моноспециализированных городов: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы социальноэкономического развития городов с градообразующими предприятиями черной металлургии". Магнитогорск; Екатеринбург; 2003.

13. Студеникин М.Я., Ефимова А.А. Актуальные проблемы влияния окружающей среды на здоровье детей. В кн.: Студеникин М.Я., Ефимова А.А., ред. Экология и здоровье детей. М.: Медицина; 1998: 11.

14. Уральшин А.Г., Гаврилов А.П., Брылина Н.А., Никифорова Е.В., Бекетов А.Л. и др. Ингаляционный риск от воздействия выбросов промышленных предприятий Магнитогорска. Гигиена и санитария. 2007; 3: 15-8.

15. Bateson T.F., Schwartz J. Children’s response to air pollutants. J. Toxicol. Environ. Health A . 2008; 71(3): 238-43.

16. Farmer P.B., Sepai O., Lawrence R., Autrup H., Sabro Nielsen P., Vestergard A.B. et al . Biomonitoring human exposure to environmental carcinogenic chemicals. Mutagenesis. 1996; 11(4): 363-81.

17. Fenech M., Bonassi S., Turner J., Lando C., Ceppi M., Chang W.P. et al.; Human MicroNucleus project. Intra- and inter-laboratory variation in the scoring of micronuclei and nucleoplasmic bridges in binucleated human lymphocytes . Results of an international slide-scoring exercise by the HUMN project. Mutat. Res. 2003; 534 (1-2): 45-64.

18. Fenech M. The in vitro micronuclei test technique . Mutat. Res . 2000; 455: 81-95.

19. Hernandez-Godoy J., PlanellesD., Balsalobre B., Gonzalez-Mo-lina A. The effect of in vitro gamma-irradiation on mitogenic responsiveness of murine lymphocytes . J. Physiol . Biochem . 2008; 64(3): 179-87.

20. Humfrey C.D., Levy L.S., Faux S.P. Potential carcinogenicity of foundry fumes: a comparative in vivo-in vitro study. Food Chem . Toxicol. 1996; 34(11-12): 1103-11.

21. Kim J.J. Ambient air pollution: health hazards to children. Pediatrics. 2004; 114(6): 1699-707.

22. Kryscio A., Ulrich Muller W.U., Wojcik A., Kotschy N., Grobelny S., Streffer C. A cytogenetic analysis of the long-term effect of uranium mining on peripheral lymphocytes using the micronucleus-centromere assay. Int. J. Radiat. Biol. 2001; 77(11): 1087-93.

23. Kubiak R., Belowski J., Szczeklik J., Smolik E., Mielzynska D., Baj M., Szczesna A. Biomarkers of carcinogenesis in humans exposed to polycyclic aromatic hydrocarbons . Mutat. Res . 1999; 445(2): 175-80.

24. KubiakR., Rudek Z., Cieszkowski J., Garlicki S. Cytogenetic examinations in biomonitoring residents residing closest to the area near the Sendzimir metallurgy plant in Krakow exposed to environmental pollution. Folia Med. Cracov. 1993; 34(1-4): 187-98.

25. Mielzynska D., Siwinska E., Kapka L., Szyfter K., Knudsen E., Merlo D.F. The influence of environmental exposure to complex mixtures including PAHs and lead on genotoxic effects in children living in Upper Silesia, Poland. Mutagenesis. 2006; 21(5): 295-304.

26. Parodi S., Stagnaro E., Casella C., Puppo A., Daminelli E., Fontana V. et al. Lung cancer in an urban area in Northern Italy near a coke oven plant . Lung Cancer. 2005; 47(2): 155-64.

27. Parry J.M. A proposal for a new OECD Guideline for the in vitro

micronucleus test. URL: http://www.oecd.org/dataoecd (дата обращения 7 августа 2012).

28. Pedersen M., Vinzents P., Petersen J.H., Kleinjans J.C., Plas G., Kirsch-Volders M. et al . Cytogenetic effects in children and mothers exposed to air pollution assessed by the frequency of micronuclei and fluorescence in situ hybridization (FISH): a family pilot study in the Czech Republic . Mutat. Res . 2o06 ; 608(2) : 112-20.

29. Ruchirawat M., Settachan D., Navasumrit P., Tuntawiroon J., Autrup H. Assessment of potential cancer risk in children exposed to urban air pollution in Bangkok, Thailand. Toxicol . Lett . 2007; 168(3): 200-9.

30. Slamenova D., Gabelova A., Ruzekova L., Chalupa I., Horva-thova E., Farkasova T. et al. Detection of MNNG-induced DNA lesions in mammalian cells; validation of comet assay against DNA unwinding technique, alkaline elution of DNA and chromosomal aberrations. Mutat. Res. 1997; 383(3): 243-52.

31. Smith L.E., Nagar S., Kim G.J., Morgan W.F'. Radiation-induced genomic instability: radiation quality and dose response. Health Phys. 2003; 85(1): 23-9.

32. Titenko-Holland N., Jacob R.A., Shang N., Balaraman A., Smith

M. T. Micronuclei in lymphocytes and exfoliated buccal cells of postmenopausal women with dietary changes in folate Mutat Res. 1998; 417(2-3): 101-14.

33. van Leeuwen D.M., Pedersen M., Hendriksen P.J., Boorsma A., van Herwijnen M.H., Gottschalk R.W. et al . Genomic analysis suggests higher susceptibility of children to air pollution . Carcinogenesis. 2008; 29(5): 977-83.

34. Zhang J., Ichiba M., Hanaoka T., Pan G., Yamano Y., Hara K. et al . Leukocyte 8-hydroxydeoxyguanosine and aromatic DNA adduct in coke-oven workers with polycyclic aromatic hydrocarbon exposure . Int. Arch. Occup . Environ . Health. 2003; 76(7): 499-504.

Reference s

1. Vel’tishchev Yu.E. Children’s Etiology and Pathogenesis of Ecopathology / Ekologiya i zdorov’e detey// red. M. Ya. Studenikin, A. A. Efimova. - Moscow: Meditsina. 1998; 384 (in Russian) .

2. Cancer WHO Media centre. № 297 g. ULR: http://www.who.int/ mediacentre/factsheets/fs297/ru/index.html (11.02.2009)

3. Druzhinin V.G. Quantitative characteristics of the frequency of chromosomal aberrations in a group of residents of a large western Siberian industrial region. Genetika. 2003; 39 (8): 1-8 (in Russian) .

4. IngelF.I., Gus’kovA.S., Yurchenko V.V., KrivtsovaE.K., Urtseva

N. A. Proliferative activity parameters and their correlation with genetic damage of blood lymphocytes during cultivation under the conditions of cytokinetic block, Vestnik RAMN. 2006; 4: 41-6 (in Russian).

5. Ingel F.I. Prospects for use of micronucleus test on human lymphocytes, cultured under the condition of cytokinetyc block. Ekologicheskaya genetika. 2006; IV (3): 7-19 (in Russian).

6. Ingel’ F.I. Prospects for use of micronucleus test on human lymphocytes, cultured under the condition of cytokinetyc block. Part 2. Environmental factors and individual characteristics in estimation of human genome instability Ekologicheskaya genetika. 2006; IV (4): 39-54 (in Russian)

7. Irodova E.V The spread of lung cancer among population in cities with different levels of air pollution. Dr. phys. and math. sci. diss. Moscow; 1974. (in Russian).

8. Koganova Z.I., Ingel F.I., Antipanova N.A. et al. Estimation of adaptive capacities in Magnitogorsk children from the activity of some detoxification enzymes . Gigiena i sanitariya, 2010; 3: 58-63 (in Russian).

9. Kotlyar N.N. Complex study of the influence of the emissions of black metallurgical plants to women’s health of reproductive age (on the model of Magnitogorsk) Dr. phys. and math. sci. diss. Orenburg; 2000. (in Russian)

26

10. Malakhov S.G., Tulupov P.E. About transport in the atmosphere and falling on the ground of toxic metals in the areas of industrial cities. Leningrad. Gidrometeoizdat, 1982. (in Russian).

11. The total list of the most polluted places on the planet Blacksmith Institute URL: http://www.blacksmithinstitute.org (7 .08.2012)

12. SafronovM.F. About the features of the socio-economic development of cities dependent on plants of black metallurgy Problems of mono-cities. Materials of All-Russian Scientific and Practical Conference "Problems of social and economic development of cities dependent on enterprises of steel industry". Magnitogorsk-Ekaterinburg. 2003 (in Russian)

13. StudenikinM.Ya., EfimovaA.A. Actual problems of environmental influences on children’s health Environment and Children’s Health. Moscow. Meditsina. 1998. (in Russian)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

14. Ural’shin A.G., Gavrilov A.P.. Brylina N.A., Nikiforova E.V., Beketov A.L.. Sychev Yu.A., Menukhov A.E., Takhtina K.N. Inhalation risk of industrial emissions in Magnitogorsk. Gigiena i sanitariya. 2007; 3: 15-8 (in Russian)

15. Bateson TF, Schwartz J. Children’s response to air pollutants. J Toxicol Environ Health A . 2008; 71 (3): 238-43.

16. Farmer P.B., Sepai O., Lawrence R.et al. Biomonitoring human exposure to environmental carcinogenic chemicals Mutagenesis 1996; 11 (4): 363-81.

17. Fenech M., Bonassi S., Turner J., et al . Human Micro Nucleus project . Intra- and inter-laboratory variation in the scoring of micronuclei and nucleoplasmic bridges in binucleated human lymphocytes. Results of an international slide-scoring exercise by the HUMN project Mutat Res. 2003; 534 (1-2): 45-64.

18. Fenech M. The in vitro micronuclei test technique . MutatRes . 2000; 455: 81-95.

19. Hernandez-Godoy J., PlanellesD., Balsalobre B., Gonzalez-Mo-lina A The effect of in vitro gamma-irradiation on mitogenic responsiveness of murine lymphocytes . J Physiol Biochem . 2008; 64 (3): 179-87.

20. Humfrey C.D., Levy L.S., Faux S.P. Potential carcinogenicity of foundry fumes: a comparative in vivo-in vitro study. Food Chemical Toxicology. 1996; 34 (11-12): 1103-11.

21. Kim J.J. Ambient air pollution: health hazards to children. Pediatrics, 2004; 114 (6): 1699-707.

22. Kryscio A., Ulrich Muller W.U., Wojcik A. et al . A cytogenetic analysis of the long-term effect of uranium mining on peripheral lymphocytes using the micronucleus-centromere assay Int J Ra-diat Biol. 2001; 77 (11):1087-93.

23. Kubiak R., Belowski .J, Szczeklik J. et al . Biomarkers of carcinogenesis in humans exposed to polycyclic aromatic hydrocarbons Mutat Res . 1999; 445 (2):175-80.

24. Kubiak R., Rudek Z., Cieszkowski J., Garlicki S. Cytogenetic examinations in biomonitoring residents residing closest to the area near the Sendzimir metallurgy plant in Krakow exposed to environmental pollution [Article in Polish] Folia Med Cracov. 1993;34(l-4): 187-98.

25. Mielzynska D, Siwinska E, Kapka L, Szyfter K, Knudsen E, Merlo D. F. The influence of environmental exposure to complex mixtures including PAHs and lead on genotoxic effects in children living in Upper Silesia, Poland. Mutagenesis 2006; 2l (5): 295-304.

26. Parodi S., Stagnaro E., Casella C. et al. Lung cancer in an urban area in Northern Italy near a coke oven plant . Lung Cancer. 2005; 47 (2): 155-64.

27. Parry J. M. A proposal for a new OECD Guideline for the in vitro micronucleus test. URL: http://www.oecd.org/dataoecd (07.08.2012).

28. Pedersen M., Vinzents P., Petersen J.H., Kleinjans J.C., Plas G., Kirsch-Volders M., Dostal M., Rossner P., Beskid O., Sram RJ, Merlo DF, Knudsen L.E. Cytogenetic effects in children and mothers exposed to air pollution assessed by the frequency of micronuclei and fluorescence in situ hybridization (FISH): a family pilot study in the Czech Republic . Mutat Res . 2006; 608(2): 112-20.

29. RuchirawatM., Settachan D., NavasumritP et al . Assessment of potential cancer risk in children exposed to urban air pollution in Bangkok, Thailand. Toxicol Lett. 2007; 168 (3):200-9.

30. Slamenova D., Gabelova A., Ruzekova L. et all. Detection of MNNG-induced DNA lesions in mammalian cells; validation of comet assay against DNA unwinding technique, alkaline elution of DNA and chromosomal aberrations. Mutat Res. 1997; 383 (3): 243-52.

31. Smith L.E., Nagar S., Kim G.J., Morgan W.FRadiation-induced genomic instability: radiation quality and dose response. Health Phys. 2003; 85 (l): 23-9.

32. Titenko-Holland N., Jacob R. A., Shang N., Balaraman A., Smith M. T Micronuclei in lymphocytes and exfoliated buccal cells of-postmenopausal women with dietary changes in folate Mutat Res. 1998; 417 (2-3): 101-14.

33. van Leeuwen D.M., Pedersen M., Hendriksen P.J.M. et al . Genomic analysis suggests higher susceptibility of children to air pollution Carcinogenesis. 2008; 29 (5): 977-83.

34. Zhang J., Ichiba M., Hanaoka T. et al. Leukocyte 8-hydroxyde-oxyguanosine and aromatic DNA adduct in coke-oven workers with polycyclic aromatic hydrocarbon exposure . Int Arch Occup Environ Health . 2003; 76 (7):499-504.

Поступила 07.09.12

27

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.