Особенности адаптивного ответа и генетического полиморфизма генов у детей в условиях воздействия различного уровня химических факторов

Сетко Андрей Геннадьевич; Сетко Н.П.

февраль №2 (299) ЗНивО

25

2 ОСОБЕННОСТИ АДАПТИВНОГО ОТВЕТА И ГЕНЕТИЧЕСКОГО

^ ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНОВ У ДЕТЕЙ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ

= РАЗЛИЧНОГО УРОВНЯ ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

>= А.Г. Сетко, Н.П. Сетко

ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный медицинский университет» Минздрава России, с^ ул. Советская, 6, Оренбург, 460000, Россия

Проведен анализ влияния различного уровня химических факторов на адекватность адаптационных реакций организма детей и показано, что при высокой экспозиции в организме детей химических ксенобиотиков отмечается неадекватный адаптивный ответ, проявляющийся в увеличении на 16,5 % детей с неудовлетворительным уровнем адаптации и на 4,3 % со срывом адаптации. При этом у детей, подвергающихся высокому уровню экспозиции химических ксенобиотиков, выявлена высокая активность ферментов I и II фазы детоксикации и, прежде всего, цитохрома СУР1А1 и глутатион-Б-трансфераз GSTMI и GSTTI, а также обнаружен достаточно большой процент среди обследованных детей гетерозиготных по делеции указанных выше генов. Ключевые слова: адаптация, химические ксенобиотики, генетический полиморфизм.

A.G. Setko, N.P. Setko □ PECULIARITIES OF ADAPTIVE RESPONSE AND GENETIC POLYMORPHISM IN CHILDREN UNDER THE EFFECT OF DIFFERENT CHEMICAL FACTORS □ Orenburg State Medical University of the Ministry of Healthcare of Russia, 6, Sovetskaya str., Orenburg, 460000, Russia.

The performed analysis of the effect of chemical factors on the sufficiency of adaptive responses of children showed that high-level exposure to chemical xenobiotics leads to inadequate adaptive response. It is represented by 16,5 % increase of children with insufficient adaptation level and 4,3 % increase of children with adaptation failure. Children, exposed to the high level of chemical xenobiotics, had high activity of phase I-II detoxification enzymes, especially cytochrome CYP1A1 and glutathione S-transferases (GSTMI and GSTTI). Large percentage of children had heterozygous deletion of these above-mentioned genes.

Key words: adaptation, chemical xenobiotics, genetic polymorphism.

В настоящее время урбанизированная среда обитания характеризуется избыточностью по количественным и качественным характеристикам химических техногенных загрязнителей, ставших неотъемлемой частью экологической системы промышленных городов. В условиях хронического воздействия различных химических соединений возникает нарушение адекватности адаптивного ответа и при соответствующей генетической детерминации формирование донозологических нарушений состояния организма, в первую очередь у детей и подростков [3, 6]. При этом важнейшую роль в защите организма от воздействия различных химических веществ играют ферментные системы биотрансформации ксенобиотиков. Главнейшим представителем этой системы является семейство цитохромов Р450 (CYP), которые не только защищают организм человека от ксенобиотиков, но и принимают участие в метаболизме эндогенных веществ [5, 7]т-Восприимчи-вость организма детей к воздействию техногенных химических факторов в значительной степени зависит от особенностей генетических ассоциаций; при этом особое значение в выявлении маркеров чувствительности имеют исследования генетического полиморфизма, который позволяет выяснить наследственную предрасположенность к нарушениям детокси-кации химических ксенобиотиков. В целях создания платформы для персонифицированной медицины и решения задач ранней диагностики и профилактики развития дезадаптации и экологически детерминированной патологии осуществляется изучение физиологических и гене-

тических механизмов формирования патологии у детей в условиях химической экспозиции [2].

Цель исследования - оценить адекватность адаптационного ответа и исследовать полиморфизм генов цитохрома Р450 у детей в условиях различного уровня экспозиции химическими факторами.

Методы исследования. Уровень адаптации и генетически обусловленная чувствительность к действию химических загрязнителей исследована у детей двух исследуемых групп в возрасте от 8 до 10 лет. При этом 1-ю группу (50 человек) составили дети, проживающие на урбанизированной территории г. Оренбурга и подвергающиеся высокому уровню экспозиции химических ксенобиотиков; 2-ю группу - дети, проживающие на территории Оренбургского сельского района с низким уровнем экспозиции в организм химических ксенобиотиков. Уровень адаптации и адаптационные резервы организма детей двух исследуемых групп определены путем оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы в покое и при ортостазе по данным вариационной пуль-сометрии с использованием автоматизированного кардиоритмографического комплекса ORTO Expert [4]. Оценка уровня биологической адаптации детей исследуемых групп проведена по индексу напряжения регуляторных систем (ИН) согласно шкале В.П. Казначеева (1981). Оценка аллельных вариантов генов ферментов биотрансформации проведена методом полиме-разной ципной реакции (ПЦР), которая включала определение ферментов 1-й фазы детоксикации - цитохрома (CYP1A1), ферментов 2-й фазы

О

2С

ЗНивО Февраль № (299)

детоксикации - глютатион 8-трансфераз Т1 и М1 (08ТТ1 и С8ТМ1). В работе использован анализ, основанный на одновременном проведении двух реакций амплификации с двумя парами аллель-специфических праймеров. Одна пара праймеров комплиментарна нормальному алле-лю, вторая комплиментарна полиморфному ал-лелю. Данный анализ позволил выявлять как гетерозиготное носительство полиморфных аллелей, так и гомозиготное состояние. Статистическая обработка данных проводилась на персональном компьютере с помощью пакета прикладных программ ^аИзИса 10,0.

Результаты исследования. Учитывая, что «цена адаптации» содержится в структуре и вариабельности сердечного ритма, проанализированы его показатели, представленные в табл. 1.

Установлено, что в ортостазе по отношению к данным покоя частота сердечных сокращений (ЧСС) как у детей 1-й, так и у детей 2-й группы увеличилась в 1,2 раза, а АМо у детей 1-й группы увеличилась соответственно в 1,8 раза, а у детей 2-й группы в 1,3 раза; индекс напряжения регуляторных систем увеличился в 1,9 раза у детей 1-й группы и лишь в 1,4 раза у детей 2-й группы. Это состояние у детей 1-й группы, проживающих на урбанизированной территории с высоким уровнем антропогенной химической нагрузки, можно рассматривать

как состояние химико-экологического утомления, то есть универсальной защитно-приспособительной «стресс-реакции», развивающейся в ответ на неадекватное воздействие химических ксенобиотиков в виде нарушения системы «гипоталамус-гипофиз-надпочечник» и активации других систем организма. Выявлено, что при действии химического стресса происходит напряжение регуляции сердечного ритма за счет рассогласования влияния симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы (ВНС), которое было выявлено у 48,4 % детей 1-й группы и у 32,4 % детей 2-й группы; за счет симпатического влияния у 18,2 % детей 1-й и у 11,8 % детей 2-й групп; в то время как нормальное состояние систем регуляции было соответственно у 10,2 % детей 1-й группы и у 22,4 % детей 2-й группы. Анализ уровня адаптации детей исследуемых групп к комплексу химических ксенобиотиков среды обитания, представленный на рис. 1, свидетельствует о том, что детей 1-й группы с удовлетворительной адаптацией на урбанизированной территории было на 10,3 % меньше, чем на сельской; в то время как с неудовлетворительной адаптацией на 16,5 % и со срывом на 4,3 % больше, чем у детей 2-й группы, проживающих на сельской территории с низким уровнем химической антропогенной нагрузки.

Таблица 1. Показатели параметров сердечного ритма у детей исследуемых групп

в покое и при ортостазе

Показатели Исследуемые группы

1-я группа 2-я группа

покой ортостаз покой ортостаз

ЧСС (уд. в мин) 94,0 ± 1,8 107,4 ± 2,6 82,0 ± 1,40** 101,0 ± 2,6

М (с) 0,64 ± 0,01 0,57 ± 0,01 0,73 ± 0,02 0,61 ± 0,02

(с) 0,07 ± 0,02 0,044 ± 0,004 0,07 ± 0,006 0,04 ± 0,003*

Мода (с) 0,36 ± 0,01 0,56 ± 0,01 0,40 ± 0,02 0,6 ± 0,02*

АМо (%) 30,8 ± 3,2 58,6 ± 4,5* 28,8 ± 0,80 37,44 ± 2,8

Х (%) 0,25 ± 0,02 0,21 ± 0,03 0,35 ± 0,03 0,2 ± 0,02

ИН (усл. ед.) 289,0 ± 32,4 549,1 ± 54,6* 217,0 ± 16,8** 303,8 ± 46,3*

(с) 0,05 ± 0,004 0,02 ± 0,004* 0,07 ± 0,004** 0,03 ± 0,003

*р < 0,05 при сравнении данных в покое и ортостазе;

**р < 0,05 при сравнении данных 1-й и 2-й групп исследования.

50,00% 45,00% 40,00% 35,00% 30,00% 25,00% 20,00% 15,00% 10,00% 5,00% 0,00%

44,00%

42%

1-я группа

2-я группа

2 3

Уровни адаптированности

Рис. 1. Распределение детей исследуемых групп в зависимости от уровня адаптированности

к химической нагрузке (%) Примечание: 1 - удовлетворительная адаптация;

2 - напряжение адаптации;

3 - неудовлетворительная адаптация;

4 - срыв адаптации.

февраль №2 (299) ЗНивО

27

Результаты генотипирования полиморфизма гена (CYP1A1) у детей исследуемых групп представлены в табл. 2 и свидетельствуют о том, что частота аллеля VAL во 2-й группе сельских детей составила 4 % и соответствует опубликованным данным распространенности аллеля VAL среди европейской популяции (7,8 %), в то время как среди детей 1-й группы аллеля VAL встречалась в 2,2 раза чаще и была установлена у 8,7 % детей.

Таблица 2. Частота генотипов полиморфного гена CYP1A1 у детей исследуемых групп

Генотипы и аллели гена CYP1A1 Частота аллельных вариантов (%)

1-я группа 2-я грунна

Генотипы: LE/ILE 91,3 96,0

LE/VAL 8,7 4,0

VAL/ VAL 0 0

Аллели: ILE 95,7 98,0

VAL 4,3 2,0

Данные генотипирования полиморфизмов генов С8ТТ1 и С8ТМ1 у детей исследуемых групп свидетельствуют о том, что обнаружен достаточно большой процент среди обследованных детей гетерозиготных по делеции указанных выше генов (табл. 3). Причем гетерозиготных по делеции гена С8ТТ1 среди детей 1-й группы, подвергающихся высокому уровню экспозиции химических веществ, было в 1,5 раза больше, чем среди детей 2-й группы.

Таблица 3. Частота генотипов гена GSTT1 и гена GSTМ1 у детей исследуемых групп (%)

Исследуемые группы Генотин GSTT1 Генотин GSTM1

+ 0/0 + 0/0

1-я грунна 87,0 13,0 41,3 58,7

2-я грунна 60,0 40,0 38,0 62,0

Данные генотипирования полиморфных генов GSTM1 свидетельствуют о том, что гомозиготных по делеции гена GSTM1 среди детей 1-й группы было 68,7 %, а среди детей 2-й группы 62,0 %. При этом гетерозиготных по делеции гена GSTM1 в 1-й группе было 41,3 %, а во 2-й группе 38 %.

Таким образом, полученные данные об особенностях генетического полиморфизма у детей в условиях экспозиции химических средо-вых факторов могут являться маркером ранних нарушений адаптационных процессов.

Выводы:

1. У детей, подвергшихся высокому уровню экспозиции химических ксенобиотиков, выявлена высокая активность ферментов I фазы де-токсикации и, прежде всего, цитохрома (CYP1A1) в комбинации с ферментами II фазы детоксикации - глутатион S-трансферазы М1 и Т1 (GSTT1 и GSTM1) на фоне снижения адаптационных возможностей организма.

2. Частота аллеля VAL среди детей 1-й группы с высоким уровнем экспозиции в организме ксенобиотиков встречается в 2,2 раза чаще, а гетерозиготных по делеции гена GSTT1

в 1,5 раза больше, чем среди детей 2-й группы с относительно низким уровнем экспозиции в организме ксенобиотиков.

3. Идентификация генетически детерминированных ферментных систем детоксикации и уровни адаптационных реакций позволяют судить о генетических маркерах чувствительности и маркерах эффекта как ранних тестах диагностики вреда здоровью детей при воздействии химических ксенобиотиков.

ЛИТЕРАТУРА Р

Авцин А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А. Микроэле-ментозы человека. М.: Медицина, 1991. 490 с. Долгих О.В., Кривцов А.В., Буюнова О.А. и др. Особенности иммунного и генетического статуса у женщин в условиях производства / О.В. Долгих, А.В. Кривцов, О.А. Буюнова, В.Б. Алексеев // Анализ риска здоровью. 2013. № 4. С. 77-81.

Сетко Н.П., Кучелисова А.В., Суетнова Е.Ю. и др.

Особенности функционирования основных органов и систем у подростков, проживающих в городе и на селе / Н.П. Сетко, А.В. Кучелисова, Е.Ю. Суетнова, А.Г. Сетко, В.Н. Никулин // Гигиена и санитария. М., 2007. № 6. С. 74-76.

Сетко Н.П., Сетко А.Г., Макарова Т.М. Особенности адаптированности детей к факторам среды обитания и критерии их оценки // Гигиена и санитария. М., 2005. № 6. С. 57-58.

REFERENCES

Avtsin A.P., Zhavoronkov A.A., Rish M.A. Mikroele-mentozy cheloveka [Human microelementosis]. Moscow: Meditsina Publ., 1991, 490 p. (In Russ.) Dolgikh O.V., Krivtsov A.V., Bujunova O.A., Alekseev V.B. Osobennosti immunnogo i geneticheskogo statusa u zhenshchin v uslovijakh proizvodstva [Characteristics of immune and genetic status of women in the production environment]. Analiz riska zdorov'ju, 2013, no. 4, pp. 77-81. (In Russ.)

Setko N.P., Kuchelisova A.V., Suetnova E.Ju., Setko A.G., Nikulin V.N. Osobennosti funktsionirovanija osnovnykh organov i sistem u podrostkov, prozhivajushchikh v gorode i na sele [Peculiarities of functioning of the major organs and systems in adolescents living in urban and rural areas]. Gigiena i sanitarija. Moscow, 2007, no. 6, pp. 74-76. (In Russ.)

Setko N.P., Setko A.G., Makarova T.M. Osobennosti adap-tirovannosti detej k faktoram sredy obitanija i kriterii ih ot-senki [Features of adaptation of children to environmental factors and criteria for their assessment]. Gigiena i sani-tarija. Moscow, 2005, no. 6, pp. 57-58. (In Russ.) Joseph T., Kusumakumary P., Chacko P., Abraham A., Radhakrishna Pillai M. Genetic polymorphism of CYP1A1, CYP2D6, GSTM1 and GSTT1 and susceptibility to acute lymphoblastic leukaemia in Indian children. Pediatr Blood Cancer. 2004. 43(5): 560-567. DOI 10.1002/pbc.20167. Renolic S., Gvengerich F.P. Summary of information on the effects of ionizing and non- ionizing radiation on cyto-chrome P45 and other drug metabolizing enzymes and transporters. Curr. Drug Metab. 2012.13 (6) 787-814. DOI 10. 2174/138920012800840356.

Контактная информация:

Сетко Андрей Геннадьевич, доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой гигиены детей и подростков с гигиеной питания и труда ФГБОУ ВО ОрГМУ Минздрава России

тел.: +7 (3532) 50-06-06, e-mail: [email protected] Contact information:

Setko Andrey, Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Children and Adolescents Hygiene with Nutritional and Occupational Hygiene of Orenburg State Medical University of the Ministry of Healthcare of Russia

рЬзш: +7 (3532) 50-06-06, e-mail: [email protected]

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Сетко Андрей Геннадьевич, Сетко Н. П.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Сетко Андрей Геннадьевич, Сетко Н. П.

Peculiarities of adaptive response and genetic polymorphism in children under the effect of different chemical factors