ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ВРОЖДЕННЫЕ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ВАРИАНТЫ Текст научной статьи по специальности «Науки о здоровье»

;гиена и санитария 5/2011

7. Forfar J. O. // Forfar and Arniel's textbook of pediatrics / Eds A. G. M. Campbell, N. Melntosh. — 4-th ed. — Edinburgh,

2002. - P. 24-27.

8. Pai S. G., Lewandowsk R. C., Bargaoncar D. S. // Hoboken. —

2003. - P. 45-53.

9. Rimoins D. L.. Connor M. J., Pyeritz R. E. Emery and Rimoin's principles and practice of medical genetics. — London et al., 2002.

Поступила 25.02.11

О E. H. КОТЫШЕВА. 2011 УДК 614.72:616-091-053.1-053.2

E. H. Котышева

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ВРОЖДЕННЫЕ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ВАРИАНТЫ

ГОУ ВПО Магнитогорский государственный университет

Представлены результаты изучения влияния химического загрязнения атмосферного воздуха на врожденные морфогенетические варианты (ВМГВ) у детей 4— 7 лет. Установлено, что показатели ВМГВ зависят от характера и уровня химического загрязнения атмосферы. Незначительные нарушения морфогенеза развиваются в концептивный период, периоды органогенеза и раннего фетогенеза.

Кл ючевые слова: врожденные морфогенетические варианты, химическое загрязнение воздуха, мутагенные факторы

Е. N. Kotysheva. - IMPACT OF CHEMICAL AMBIENT AIR POLLUTION ON CONGENITAL MORPHOGENETIC VARIANTS

The paper presents the results of investigating the impact of chemical ambient air pollution on congenital morphogenetic variants (CMVs) in 4-7-year-old children. CMVs have been ascertained to depend on the pattern and level of chemical ambient air pollution. Mild morphogenetic disorders develop in the conceptive, organogenetic, and early fetogenetic periods.

Key words: congenital morphogenetic variants, chemical ambient air pollution, mutagenic factors

Неблагоприятная экологическая ситуация в Российской Федерации диктует необходимость проведения в различных регионах страны медико-генетических исследований. В ежедневном использовании находятся десятки тысяч разнообразных химических соединений, часть из которых способна повлиять на генетический аппарат клеток человека. Известно, что генетическая адаптация homo sapiens к мутагенным факторам маловероятна [1].

Среди индикаторов воздействия факторов среды на потомство выделяют врожденные морфогенетические варианты (ВМГВ) — стойкие морфологические изменения органа, его части или части тела, выходящие или находящиеся у крайних границ вариации нормального строения, но не нарушающие функции [2, 6). Формируются ВМГВ в результате сложных многокомпонентных событий под воздействием комплекса внутренних и внешних факторов и сохраняются в постнатальном периоде.

Результаты ранее проведенных исследований свидетельствуют о чувствительности среднего числа ВМГВ, выявленных по унифицированной методике, к экологическому состоянию территорий, в частности к химическим факторам [3—6]. Влияние отдельных химических веществ на число ВМГВ изучено еще недостаточно.

Цель работы — изучение связи показателей ВМГВ у детей дошкольного возраста с химическим загрязнением атмосферного воздуха территории проживания.

Материалы и методы

Исследование проводили в г. Магнитогорске — центре черной металлургии. Химическое загрязнение атмосферного воздуха оценивали на основании архивных и текущих данных Магнитогорской лаборатории по мониторингу загрязнения атмосферного воздуха (Федераль-

Котышева Е. //. — д-р мед. наук, проф. каф. биомедицинских и экологических знаний (andrew63.74@ mail.ru)

ной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды).

Для изучения ВМГВ использовали унифицированную методику, разработанную на кафедре клинической генетики Первого Московского государственного медицинского университета им. И. М. Сеченова [3, 5]. Проводили полный наружный осмотр детей, регистрировали 85 четко распознаваемых ВМГВ. Обследовали 4970 русских детей 4—7 лет 1994—2001 года рождения, посещающих дошкольные образовательные учреждения: 2604 мальчиков и 2366 девочек. Выборка охватывала 32,15% генеральной совокупности, что позволило получить вполне репрезентативные данные. Соотношение мальчиков и девочек 1,00:0,91 типично для детей дошкольного возраста России. В выборку не включали единицы наблюдения с наследственными синдромами, так как для них характерен специфический паттерн ВМГВ. Выделена группа редких признаков, распространенность которых в популяции не превышает 1%.

Связь между концентрацией отдельных поллютантов атмосферного воздуха Магнитогорска и показателями ВМГВ у организованных детей 4—7 лет определяли с помощью корреляционно-регрессионного анализа. В многофакторные статистические модели включали среднемесячные концентрации многокомпонентной пыли, диоксида серы, оксида углерода, диоксида азота, сероуглерода, фенола, бензола, ксилола, толуола, этилбензола, 3,4-бенз(а)пирена, железа, кадмия, марганца, меди, никеля, свинца, цинка (в безразмерных единицах — крат-ностях превышения ПДКсс) за 1991—2001 гг., а также усредненные по месяцам частоты ВМГВ за 1994—2001 гг.

Полагали, что в отношении ВМГВ особую значимость приобретает корректность характеристик сроков воздействия токсиканта. Учитывали, что время формирования большинства признаков дисморфогенеза — органогенез (до 8-й недели внутриутробного развития) либо ранний фетальный период (после 8-й недели внутриутробного развития). Потенциальные тератогены и мутагены способны действовать в концептивный период, а также накапливаться в организме еще до наступления бе-

ременности. В связи с этим расчеты корреляций произведены с учетом запаздывания эффектов — временного лага. Определены коэффициенты корреляции с лагами от 6 до 12 мес (от месяца рождения детей). Считали, что положительные, статистически значимые связи на определенном лаге указывают на время воздействия на морфогенез.

Результаты и обсуждение

Анализ химического загрязнения атмосферного воздуха показал, что в Магнитогорске стабильно превышены ПДКсс следующих химических соединений: многокомпонентной пыли (до 2,44 ПДК), диоксида азота (до 3,80 ПДК), фенола (до 2,38 ПДК), стирола (до 5,77 ПДК), 3,4-бенз(а)пирена (до 14,63 ПДК), сероуглерода (до 7,09 ПДК). Периодически была превышена ПДКсс диоксида серы (до 1,04 ПДК), оксида углерода (до 1,16 ПДК), этилбензола (до 1,09 ПДК). Все указанные пол-лютанты могут нарушать процессы морфогенеза плода. Поллютанты по рангам распределились следующим образом (5 мест в порядке убывания): 3,4-бенз(а)пирен, многокомпонентная пыль, фенол, оксид углерода, диоксид серы.

Среднее число ВМГВ у одного ребенка в Магнитогорске оказалось 2,90 (доверительный интервал — ДИ 2,85—2,95). При сопоставлении средних значений ВМГВ с данными, полученными в исследованиях других авторов, проведенных по аналогичной методике [2], оказалось, что у детей Магнитогорска число ВМГВ определенно выше (р < 0,01) не только по сравнению с городами с низким уровнем химического загрязнения — Плавском (1,84; ДИ 1,57-2,13) и Новозыбковом (1,84; ДИ 1,62-2,05), но и по сравнению с Ярославлем — городом со смешанным типом техногенного загрязнения среды (2,63; ДИ 2,52—2,74). Практически одинаковы средние числа ВМГВ у детей Магнитогорска и Новомосковска (2,91; ДИ 2,83-2,98).

При изучении связи между числом ВМГВ и уровнем химического загрязнения атмосферного воздуха отдельными поллютантами установлено, что наиболее доказательны корреляционные связи с концентрациями 3,4-бенз(а)пирена на лаге 8 мес (г = 0,29; р = 0,009), кадмия — на лаге 8 мес (г = 0,31;/? = 0,003), хрома — на лаге 7 мес (г =0,38; р< 10"4), никеля — на лагах 11 и 12 мес (г = 0,30; р = 0,008). В отношении показателей редких ВМГВ (с частотой в популяции, не превышающей 1%) выявлена зависимость от концентраций многокомпонентной пыли на лагах 8 и 9 мес (г = 0,30; р = 0,008), 3,4-бенз(а)пирена на лаге 9 мес (/• = 0,27; р = 0,009), свинца на лаге 7 мес (г = 0,31; р = 0,003). Для 3,4-бенз(а)пирена выявлены высокозначимые зависимости с двумя учитываемыми показателями ВМГВ.

Таким образом, в процессе анализа обнаружена приоритетность в отношении процессов дисморфогенеза металлов (и многокомпонентной пыли, которая содержит металлы), а также летучего соединения — полициклического ароматического углеводорода бенз(а)пирена.

Установлено, что все статистически значимые коэффициенты корреляции невысоки, они отражали слабую либо умеренную связь, что связано, вероятно, с тем, что ВМГВ представляют собой не только результат тератогенного либо мутагенного влияния факторов окружающей среды. Они могут быть унаследованным вариантом нормы либо отражать небольшое случайное отклонение в гомеостазе эмбрионального развития. Кроме того, процессы внутриутробного морфогенеза достаточно хорошо защищены. Возможно, эффект реализуется при комплексном воздействии поллютантов на разных стадиях развития плода и(илн) при условии влияния других неблагоприятных факторов.

Учет величин временных лагов показывает, что преимущественное воздействие большинства поллютантов на формирование ВМГВ происходит в концептивный период и в первый триместр беременности на стадии органогенеза или раннего фетогенеза (лаги 7—9 мес). Никель действует до наступления беременности (лаги 11 и 12 мес).

Следует отметить, что среди основных токсикантов, способных нарушить морфогенез на доклиническом уровне, превышали ПДК только 3,4-бенз(а)пирен и многокомпонентная пыль. Концентрации металлов (кадмий, хром, никель, свинец) были ниже нормативных значений. Данный факт свидетельствует о чувствительности процессов формообразования к невысоким концентрациям токсичных металлов в окружающей среде.

Одновременное присутствие в атмосферном воздухе нескольких поллютантов позволяет предположить, что воздействие атмосферных примесей происходит комплексно, а не независимо. В связи с этим произведен расчет корреляционных связей показателей ВМГВ с комплексными показателями загрязнения воздуха Ксум. Определены различные варианты комплексных показателей: в расчет включали полную совокупность поллютантов, оказывающих потенциальное действие на морфогенез (Ксум), а также Ксум металлов и летучих веществ.

Установлено, что все статистически значимые коэффициенты корреляции с различными суммарными показателями химического загрязнения атмосферного воздуха невысоки и отражали слабую связь (г < 0,3). Наиболее доказательна из всех зависимость показателей ВМГВ от суммарного загрязнения атмосферного воздуха металлами с учетом поправки Бонферрони на лаге 8 мес (/• = 0,26; р = 0,009). Следует отметить, что и в отношении редких признаков обнаружена связь с данным показателем на лаге 7 мес (г = 0,25; р = 0,015). Выявленные факты доказывают неблагоприятное суммарное влияние металлов на процессы морфогенеза плода.

Корреляционные связи показателей ВМГВ с концентрациями многокомпонентной пыли, вероятно, являются опосредованными и обусловлены тем, что данный поллютант содержит ряд металлов: медь, железо, свинец, цинк, мышьяк и др. Между концентрациями многокомпонентной пыли и Ксум металлов отмечена высокозначимая корреляционная связь (г = 0,44; р = 2 х 10~6).

Выявлены статистически значимые связи показателей ВМГВ с коэффициентами Ксум по всем учитываемым поллютантам (г =0,26; /> = 0,041 и г =0,25; р = 0,049 на лагах 7 и 8 мес соответственно). При исключении из анализа газообразных веществ теснота связей практически не изменялась (г = 0,25; р = 0,049). Данный факт свидетельствует о незначительном влиянии на процессы доклинического дисморфогенеза газообразных поллютантов атмосферного воздуха (по крайней мере на выбранной модели исследования). Показатели редких ВМГВ также оказались зависимыми от коэффициента Ксум на лагах 7 и 8 мес (г = 0,25; р = 0,049). Установлена связь показателей ВМГВ с суммарным загрязнением атмосферного воздуха летучими органическими соединениями (г = 0,27; р = 0,033 на лаге 7 мес).

Корреляционно-регрессионные модели, отражающие связь между усредненными по месяцам показателями ВМГВ и комплексными показателями загрязнения атмосферы (Ксум) и Ксум металлов имели вид:

У = 2,39 + 0,17 х Ксум (лаг = 7; Р = 5,89; р < 0,05);

У = 2,65 + 0,30 х Ксум металлов (лаг = 8; Р = 6,92; р < 0,010).

гиена и санитария 5/2011

Аналогичные модели для показателей редких ВМГВ таковы:

У = 0,109 + 0,004 х Ксум (лаг = 7; Р = 4,82; р < 0,05);

У = 0,077 + 0,054 х Ксум металлов (лаг = 7; Р = 5,82; р < 0,05).

Заключение

Таким образом, исследование позволило выявить связь между отдельными химическими веществами, загрязняющими атмосферный воздух, и показателями ВМГВ. В процессе корреляционного анализа установлено, что основными токсикантами атмосферного воздуха, влияющими на показатели ВМГВ у организованных детей 4—7 лет, являются 3,4-бенз(а)пирен, кадмий, хром, никель; на показатели редких ВМГВ — многокомпонентная пыль, 3,4-бенз(а)пирен, свинец. Выявлено суммарное действие на показатели ВМГВ металлов, а также летучих атмосферных загрязнений (ароматические цик-

лические и полициклические углеводороды), на показатели редких ВМГВ — металлов. Показано, что преимущественное время воздействия поллютантов — концеп-тивный период, органогенез и ранний фетогенез.

Л итература

1. Алтухов Ю. П. Генетические процессы в популяциях. —

М., 2003.

2. Бочков И. П., Субботина Т. И., Яковлев В. В. и др. // Гиг. и сан. - 1994. - № 3. - С. 53-55.

3. Джамбетовс П. М., Молочаева Л. Г., Махтиева А. Б., Сычева Л. П. // Экол. генетика. — 2009. — Т. 7, № 4. - С. 34-40.

4. Котышева Е. Н. // Вестн. Новосибирск, гос. ун-та. Сер.: Биол., клин. мед. — 2007. — Т. 5, вып. 2. — С. 82—87.

5. Котышева Е. Н. // Гиг. и сан. - 2007. — № 6. — С. 86-88.

6. Ревазова Ю. А., Журков В. С., Жученко Н. А. и др. // Гиг. и сан. - 2001. - № 6. - С. 11-16.

Поступила 25.04.11

Методы обеспечения генетической безопасности

С КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2011 УДК 615.9:575.113.08

А. К. Жанатаев, А. Д. Дурнев, С. Б. Середенин

МЕТОД ДНК-КОМЕТ В ГЕНОТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

НИИ фармакологии им. В. В. Закусова РАМН, Москва

Метод ДНК-комет — современный высокочувствительный метод оценки первичных повреждений ДНК и репарации. Рассмотрены принцип и процедура выполнения метода ДНК-комет, его модификации для детекции различных типов повреждений ДНК. Обсуждаются перспективы его использования в качестве индикаторного теста при проведении эпидемиологических и различного рода экспериментальных и клинических исследований. Рассмотрены вопросы значимости метода ДНК-комет для экспертной оценки генотоксичности и прогноза мутагенности и канцерогенности.

Ключевые слова: метод ДНК-комет, генотоксичиость, мутагенность, ДНК-повреждения

А. К. Zhanatayev, A. D. Durnev, S. В. Seredenin. - DNA COMET ASSAY IN GENOTOXICOLOGICAL STUDIES

The comet assay is a current highly sensitive method to evaluate primary DNA damages and repair. The paper considers the principle and procedure of the DNA comet assay and its modification for the detection of different types of DNA damages. It also discusses the prospects of its use as an indicator test during epidemiological and a variety of experimental and clinical studies. Whether the DNA comet assay is of importance for the expert evaluation of genotoxicity and for the prediction of mutagenicity and carcinogenicity is considered.

Key words: DNA comet assay, genotoxicity, mutagenicity, DNA damages

Известно более 100 методов детекции мутаций, некоторые из них нашли практическое применение в программах оценки генотоксичности химических веществ. Менее разработана проблема регистрации первичных повреждений ДНК. До недавнего времени с этой целью применялись методы, в основе которых лежит принцип оценки целостности молекулы двунитевой ДНК; метод щелочной элюции, хроматографии на гидроксилапатите и т. п. [1, 6]. Они сыграли значимую роль в генотокси-ческих исследованиях. Стремительное расширение знаний о роли повреждений ДНК не только в процессах му-

Жанатаев А. К. — канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. фармакологии мутагенеза (azhanataev@yandex.ru); Дурнев А. Д. — член-кор. РАМН, д-р мед. наук, проф., зав. лаб. фармакологии мутагенеза (adurnev@aport.ru); Середенин С. Б. - акад. РАМН, проф., дир. ин-та (пир-harrn@mail.ru)

тагенеза и канцерогенеза, но и в процессах клеточной пролиферации, дифференцировки и гибели, лежащих в основе патологических состояний, определили необходимость оценки поврежденносги ДНК не только in vitro, а также in vivo — более чувствительным и специфическим методом [9, 45], пригодным для полиорганной оценки генотоксических эффектов, в том числе в приложении к изучению действия факторов, модифицирующих эффекты генотоксикантов[2].

В 1984 г. Остлингом и Йохансоном проведена оценка индуцированных радиацией повреждений ДНК в клетках млекопитающих методом электрофореза ДНК отдельных клеток в агарозном геле [36]. Они использовали подход, основанный на регистрации различной подвижности в постоянном электрическом поле ДНК и фрагментов ДНК лизированных клеток, заключенных в ага-розный гель. В основу метода лег принцип оценки целостности молекулы ДНК. Позднее Singh и соавт. предложили версию метода с щелочным гель-электрофорезом,