Обоснование биомаркеров экспозиции и эффекта в системе доказательства причинения вреда здоровью при выявлении неприемлемого риска, обусловленного факторами среды обитания

Одной из задач проведения санитарно-эпидемиологических экспертиз, расследований и иных видов гигиенических оценок является построение системы доказательств, направленных на установление и устранение вредного воздействия факторов среды обитания на здоровье человека.

В соответствии с современными проблемно ориентированными направлениями научных исследований фундаментального и прикладного характера. как в мире, так и в России, актуальным

(С Зайцева Н. В., Землянова М. А., Лужецкий К. П., Клейн С. В., 2016

является разработка научно-методического обеспечения системы доказательств причинно-следственных связей нарушений состояния здоровья при выявлении неприемлемого риска, обусловленного факторами среды обитания. Согласно мнению экспертов ВОЗ, основным инструментом в оценке индивидуальных и популяционных рисков для здоровья населения, связанных с воздействием химических веществ, является обоснование и использование биомаркеров эффекта и экспозиции [Principles

2006; Biomarkers ..,2011; Centers 2 011].

Материалы и методы

Данное направление активно развивается в ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», в рамках которого проводятся масштабные исследования дтя задач формирования доказательной базы причинения вреда здоровью населения, обусловленного факторами среды обитания различного генеза [Зайцева, Mail Клейн, 2013J. Разрабатываемые и апробируемые подходы к обоснованию биомаркеров экспозиции и эффекта и их использованию для установления причинно-следственных связей носят системный характер и базируются на совокупных результатах научного анализа опасности и риска, связанных с действием факторов среды обитания на человека, эпидемиологических исследований, на теоретических знаниях о закономерностях и особенностях реализации негативного воздействия внешнесредовых факторов на организменном, орга ино-тканевом. клеточно-субклеточном, молекулярно-генетическом уровнях.

В рамках развития методологии доказательства причинения вреда здоровью предложены подходы, при которых возникновение и развитие нарушений состояния здоровья. ассоциированных с воздействием факторов среды обитания, оценивается с точки зрения опасности воздействия факторов риска различного происхождения (химические, физические, биологические). Установление и определение степени выраженности патологическою процесса основано на разработанной системе диагностики, базирующейся на оценке и подтверждении экспозиции, идентификации биомаркеров эффекта дифференцированно по критическим органам и системам, анализе системных связей маркеров экспозиции с маркерами негативного Ответа [Руководство ..,. 2004],

Результаты и их обсуждение

В результате реализации разработанной методологии обосновано и внедрено в практику7 гигиенических оценок и экспертиз порядка 30 критериев биохимических, иммунных, гемато логических и молекулярно-генетических маркеров эффектов, характеризующих полиморфизм генов, нарушение окислительно-антиоксидантных процессов, в том числе на уровне ДНК клетки, протеомного профи-ля, костного метаболизма, нейро-эндокринной регуляции, супрессии процесса кроветворения, развития специфической сенсибилизации, активации клеточной гибели, отражающих патоморфоз болезней крови, органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой и центральной нервной системы, развитие генетической нестабильности, хромосомных нарушений. При этом разработка и внедрение новых высокочувствительных аналитических методов позволяет анализировать механизмы возникновения и развития ответных реакций организма на самых ранних стадиях (клеточно-молекулярный уровень) их формирования на внешнесредовое воздействие

Рекомендованы реперные (безопасные) уровни содержания порядка 15 маркеров экспозиции в крови (марганца. никеля, ванадия, хрома, свинца, стирола, бензола, фенола, метанола формальдегида и др.), обоснованные в соответствии с международной практикой опенки риска. Разработаны и внедрены тест-системы для биомониторинга состояния здоровья (порядка 45 показателей) при скрининговых и углубленных исследованиях населения и работающих дтя установления негативных эффектов при воздействии внешнесредовых и производственных химических факторов в микро- и нанодиапазоне (порядка 30 веществ. относящихся к классам ароматических углеводородов. кислородсодержащих и хлорорганических соединений, альдегидов, металлов и др.).

Углубленными исследованиями показано, что у детей в зонах экспозиции химических факторов, обусловленных неудовлетворительным качеством атмосферного воздуха от источников выбросов металлургических производств (коэффициент опасности HQ = 2.5-4.5), происходит нарушение протеомного профиля плазмы крови ассоциированного с повышенной (в 2-3 раза относительно референтного уровня) концентрацией металлов в крови. При этом доказано, что биомаркерами эффекта, установленными по расчету' отношения шансов (OR) [Флетчер. Флетчер, Вагнер. 1998], при экспозиции ванадия является повышение уровня аполипопротеина А1, при экспозиции никеля - повышение уровня транстеритина. снижение гаптоглобина (OR = 2.5-29; DI = 1.7-3.8; р = 0.001-0.015). Неблагоприятный эффект воздействия может реализоваться в виде нарушения транспорта холестерина и тироксина, структуры и функции гемоглобина, что характеризует в последующем изменение метаболомного профиля у детей.

В зонах неприемлемою риска (HQ = 6-7), обусловленною экспозицией бензола от источников выбросов нефтехимических производств и автотранспорта, маркером экспозиции является концентрация бензола в крови на уровне 0.01 мг/дм3 и выше. Биомаркерами установленных негативных эффектов, например. нарушения гомеостаза свободно-радикаль- него окисления, является повышение уровня малонового диальдегида и снижение общей антиоксидантной активности (АОА) плазмы крови (OR = L6-2.3; DI = 12-2,8; р = 0ХЮСНХ01); стимуляции нейро-гуморальной регуляции - повышение уровня ТТГ. кортизола, снижение уровня Т4свободного в сыворотке крови (OR = L 8-2.9; DI = 1.5-3.5; р = 0.OOO-О. 02); утнетения костно-мозгового кроветворения -снижение уровня эритроцитов, тромбоцитов и лейкоцитов (OR = 24-3,5; DI = 2Д-З.8; р = 0.000-0.00 IX Следствием данных процессов является нарушение внутрисердечной проводимости и условий циркуляции в сосудистом русле, что может вызвать рост заболеваемости детского населения вегего-сосудистой дистонией, как предиктором сердечно-сосудистых заболеваний в последующих возрастных периодах [Онищенко. Зайцева. Землянова. 2011].

В условиях неприемлемого риска (HQ = 1.5-3,5), обусловленного хронической экспозицией хлорорганических соединений, в крови идентифицирован .хлороформ, 1.2-дихлорэтан, дибромхлор-метан. тетрахлорметан на уровне концентраций 0,0001-0.02 мг/дм3. Выделен комплекс биомарке-ров, отражающих негативные эффекты со стороны критических органов и систем, О повышенном цитолизе мембраны клеток свидетельствует повышение активности АС АТ в сыворотке крови, Нарушение синтеза белка рибосомами гепатоцитов в сторону гипофункции, вследствие повреждения клеток печени, характеризует снижение уровня общего белка, альбумина, сиаловых кислот в сыворотке крови (R2 = 0,29-0.56; 250.98

При потреблении питьевой воды с повышенным содержанием марганца (до 3.5 предельной допустимой концентрации (ПДК)) у детей регистрируется повышенное содержание марганца в крови (до 4,5 раз относительно референтного уровня). Негативные эффекты воздействия на нервную систему выражаются в повышенной частоте патологического дисбаланса нейромедиаторов, регулирующих процессы возбуждения и торможения в ЦНС (биомаркеры эффекта - повышение глутамата и снижение гамма-аминомасляной кислоты в сыворотке крови, OR = 3,4-6.11 DI = 2.2-10.5; р =

0.000). Данный процесс инициируется активизацией окислительного повреждения клеточносубклеточных структур (повышение уровня гидроперекисей липидов и малонового диальдегида, снижение глутатионпероксидазы и супероксиддис-мутазы в сыворотке крови), на фоне нарушения нейроэндокринной регуляции (снижение уровня кортизола и серотонина, OR = 5.4-7.2; DI = 4,3-9.5i р = 0.000) и обеспечения нервно-мышечной проводимости ионизированным кальцием, что в целом является прогностически неблагоприятной тенденцией развития в последующем нейропсихологических и двигательных нарушений.

У работников сталеплавильных производств, условия труда которых характеризуются воздействием пыли, содержащей кремний диоксид кристаллический (от 2 до 10%). б концентрации до 6,5 ПДКр,з., в крови идентифицируется кремний, в концентрации до 3 раз превышающей референтный уровень. При этом наряду с частицами традиционной дисперсности (больше ОД мкм), в крови присутствуют частицы кремния нанометрового размера (до 100 нм). Установлены выраженные негативные эффекты в виде нарушения окислительных и антиоксидантных процессов (по повышению уровня малонового диальдегида и снижению общей антиоксидантной активности плазмы крови), дисбаланс которых может усугублять развитие воспалительной реакции, ведущей к развитию фиброза на уровне нижних отделов системы дыхания.

У работниц текстильных производств (отбельщицы, красильщицы, колористы) при стабильном присутствии б воздухе рабочей зоны толуола до 0.056 мг/м³. свинца и марганца до 0,0012-0,00014 мг/м³, бенз(а)пирена - до 0,00010 мг/м³ в крови определяются марганец, свинец, толуол, бензпирен в концентрациях до 2 раз выше показателей сравнения. Выявлен дисбаланс половых гормонов (повышение ЛГ и ФМСГ в сыворотке крови), обеспечивающих функционирование репродуктивной системы (R²⁼ 0.93; F = 365.081 р = 0.000).

Конкретными исследованиями показано, что в условиях населенных мест при повышенной концентрации в крови химических мутагенов и репротоксикантов - формальдегида, бензола, стирола, никеля, марганца, хрома (до 10 раз выше относительно референтного уровня) и наличия полиморфизма хромосом у матери, риск рождения ребенка с хромосомным дефектом увеличивается в 7 раз, а в сочетании с условиями производства - в 10 раз. Риск развития клеточных аномалий, характеризующих активацию пролиферативных и деструктивных реакций у новорожденных, матери которых профессионально связаны с воздействием, например, бензола, превышает приемлемый уровень в 13 раз, в том числе за счет качества среды населенных мест - в 5 раз [Зайцева и др., 2013].

У детей с повышенным содержанием в крови марганца, никеля и хрома (до 13 раз выше референтного уровня), обусловленным внешнесредовой экспозицией, доказаны негативные эффекты генетической нестабильности. характеризующиеся выраженными нарушениями ядерного аппарата буккальных эпителиоцитов в виде дисбаланса клеточного обновления, проявляющегося замедлением апоптозной активности (повышение частоты регистрации клеток буккального эпителия с кариорексисом, кариолизисом и апоптоз-ными телами, р = 0.012-0.028) и усилением активности процесса пролиферации (повышение частоты регистрации многоядерных клеток и клеток с круговой насечкой ядра р = 0.014-0.036), Установлено выраженное нарушение нормального цикла митотического деления, ведущего к формированию микроядер (частота клеток с микроядрами и протрузиями до 5.0 раз выше среднероссийских показателей р = 0.001-0.022;). Выражена активность окислительного повреждения на уровне ДНК клетки (повышение уровня 8-гидрокси2-деоксигуанозина в моче). Вклад марганца, никеля и хрома в повышение уровня содержания 8-гидрокси-2 -деоксигуанозина в моче составил 22-29%, в формирование полиморфизма хромосом лимфоцитов и аномалий ядерного аппарата буккальных эпителиоцитов - 24-32% (F = 7.73-13.85: р = 0.001-0.031).

Заключение

Накопленный научно-практический опыт использования биомаркеров эффекта и экспозиции в системе доказательства причинения вреда здоровью в условиях воздействия факторов среды обитания позволяет с высокой степенью эффективности решать поставленные задачи и дает возможность предложить регионам Российской Федерации научно-методическую. организационную и практическую помощь