Обоснование реперного уровня содержания ванадия в биосредах (кровь) населения

мосферного воздуха по содержанию пентоксида ванадия, актуальным является обоснование реперного уровня содержания ванадия в крови.

Исследование и оценка содержания ванадия в объектах среды обитания на уровне референтных концентраций и ниже, а также в биосубстратах человека могут быть осуществимы только при наличии современного высокочувствительного и селективного метода определения. Оптимальным для выполнения данных задач является метод масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, который был положен в основу разработанного комплекса количественных методов определения ванадия в атмосферном воздухе и крови человека [2, 12].

Цель настоящей работы – обоснование реперного уровня ванадия в биосредах населения (кровь) при хроническом ингаляционном воздействии.

Материалы и методы. Использован комплекс санитарно-гигиенических, эпидемиологических и статистических методов, математические методы расчета распространения пентоксида ванадия в атмосферном воздухе от источников изучаемого производства, методы расчета экспозиции и показателя отношения шансов. Выполнено моделирование причинно-следственных связей. Исследования проведены на территориях, характеризующихся различным уровнем загрязнения атмосферного воздуха и питьевой воды ванадием в результате выбросов и сбросов производства ферро-ванадиевых сплавов. По результатам расчетов рассеивания пентоксида ванадия в атмосферном воздухе, верифицированных данными натурных наблюдений за период 2010–2011 гг., расчетов суммарной средней суточной дозы хронической экспозиции выделено 9 зон экспозиции (зоны наблюдения), расположенных на расстоянии от 0,2 до 10 км от источника загрязнения объектов среды обитания. Зона с наименьшим уровнем экспозиции ванадия выбрана в качестве контрольной.

Методами химико-аналитического контроля определяли содержание ванадия в ат- мосферном воздухе (в пересчете на его пентоксид) [11], питьевой воде и в крови экспонируемого населения [2]. Кровь выбрана в качестве биосубстрата для количественной оценки содержания токсиканта в связи с тем, что концентрация элементов в крови имеет более высокую корреляционную зависимость от абсорбированной дозы в сравнении с другими биологическими средами и потому наиболее адекватно отражает экспозицию [13]. Кроме этого, концентрация металлов в крови, в том числе ванадия, является маркером хронической экспозиции металлов [19].

Количественное определение ванадия в объектах среды обитания и крови человека осуществляли на масс-спектрометре Agilent 7500cx (Agilent Technologies, USA). Определение ванадия в атмосферном воздухе выполняли в соответствии с МУК 4.1. 2953 – 11 [12], диапазон определения 0,000005–50,0 мг/м3. Определение ванадия в крови проводили в режиме с окто-польной/реакционной ячейкой, в качестве газа ячейки использовали гелий [17]. Контроль результатов анализа крови проводили с помощью эталонного материала с аналогичной структурой матрицы, для этой цели использовали стандартные образцы крови в различных диапазонах концентраций SERONORM L1-L3 (Norway).

Для углубленного исследования сформирована выборка 950 детей в возрасте от 4 до 7 лет (по 150 человек из каждой зоны экспозиции, в том числе мальчиков – 51,6%, девочек – 48,4%), проживающих в условиях экспозиции ванадием не менее 1 года. Выборка характеризовалась одинаковой этнической и расовой принадлежностью, весо-ростовыми показателями, не выходящими за пределы ±15 % по весоростовому индексу Кетле. Дети не принимали лекарственные препараты, оказывающие выраженное влияние на гемодинамику, функцию печени и др. (барбитураты, омепразол, циметидин и т.д.), менее чем за 30 дней до начала исследования. По социально-бытовым критериям выборка детей соответствовала среднему уровню материальной обеспеченности, жилищные условия отвечали гигиеническим нормативам. Биомедицинские исследования выполнены в соответствии с обязательным соблюдением этических принципов медико-биологических исследований, изложенных в Хельсинкской декларации 1975 г. с дополнениями 1983 г., с национальным стандартом РФ ГОСТ-Р 52379-2005.

Исследование иммунологических (иммуноглобулин А, М, Е общий, иммуноглобулин G специфический к ванадию, фагоцитоз) и биохимических показателей (АЛАТ, АСАТ, общий белок), характеризующих развитие негативных эффектов при ингаляционном и пероральном пути поступления с питьевой водой изучаемого металла [10], выполнено унифицированными методами [8]. По отклонениям лабораторных показателей относительно физиологической нормы при различных уровнях содержания ванадия в крови [17] проводили оценку ответных реакций организма на хроническую экспозицию ванадия.

Для подтверждения адекватности использования концентрации ванадия в крови в качестве критерия воздействия хронической экспозиции определяли зависимость средней концентрации ванадия в крови от среднегодовой концентрации ванадия (в пересчете на пентоксид ванадия) в атмосферном воздухе исследуемых зон экспозиции за одинаковый период наблюдений.

Обоснование маркеров эффекта выполнено на основании установления и оценки связи отклонения исследуемых лабораторных показателей от физиологической нормы с концентрацией ванадия в крови. Для этого использовали многоступенчатое вычисление показателя отношения шансов ( OR ) [17]. По показателю отношения шансов ( OR ) оценивали наличие и силу этой связи. В качестве критерия наличия связи принимали условие OR≥1.

Оценку параметров зависимости показателя отношения шансов отклонения лабораторного показателя у экспонированных детей относительно контрольной группы проводили методом построения регрессионной модели в виде экспоненциальной функции: OR = ea0-a1 x, где OR - отношение шансов, х – средняя годовая концентрация ванадия в крови детей, мг/дм3, a0, a1 – параметры модели, определяемые методом регрессионного анализа. Проверку адекватности модели осуществляли дисперсионным анализом с использованием критерия Фишера [4]. Различия считали статистически значимыми при р≤0,05 [2].

При определении реперного уровня учитывали доверительные границы модели, которые дают возможность получить интервальные 95 % оценки. При этом величину, соответствующую верхней 95%-ной доверительной границе полученной модели, принимали в качестве реперной концентрации [11].

Результаты и обсуждение. По данным рассчетов рассеивания и собственных натурных замеров за исследуемый период (2010–2011 гг.) в атмосферном воздухе изучаемой территории с размещением ферро-ванадиевого производства средняя годовая концентрация ванадия (в пересчете на пентоксид ванадия) находилась в пределах от 1,97·10^–5 до 42,2·10^–5 мг/м³. Полученный диапазон среднегодовых концентраций составил от 0,01 до 0,21 ПДК СС в соответствии с ГН 2.1.6.1338-03 [4] или от 0,28 RfC cr (референтная концентрация при хроническом ингаляционном воздействии) до 6,04 RfC cr в соответствии с Руководством 2.1.10.1920-04 [14] (табл. 1). В атмосферном воздухе контрольной зоны средняя годовая концентрация ванадия составила 0,19·10^–5 мг/м³, что соответствует 0,001 ПДК сс или 0,03 RfC cr .

В питьевой воде централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения населения изучаемых зон экспозиции концентрация ванадия варьировалась в пределах от 0,4·10^–5 до 5,0·10^–5 мг/дм³, что составляло от 0,00004 до 0,0005 ПДК в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 [15] или от 0,000003 до 0,00004 RfD cr в соответствии с Руководством 2.1.10.1920-04 [14]. В питьевой воде контрольной зоны средняя годо-

Таблица 1

Средняя годовая концентрация ванадия в атмосферном воздухе (в пересчете на пентоксид ванадия)

Зона экспозиции Атмосферный воздух Питьевая вода Средняя годовая концентрация, мг/м3 (M±m) HQ Средняя годовая концентрация, мг/дм3 (M±m) Доля ПДК (0,1 мг/дм3) 1 (контроль) 0,19·10–5±0,05·10–5 0,027 0,2·10–5±0,02·10–5 0,00002 2 1,97·10–5±0,51·10–5 0,281 0,4·10–5±0,01·10–5 0,00004 3 2,41·10–5±0,39·10–5 0,344 0,6·10–5±0,03·10–5 0,00006 4 3,08·10–5±0,71·10–5 0,440 4,0·10–5±1,0·10–5 0,0004 5 4,06·10–5±0,26·10–5 0,579 3,0·10–5±0,8·10–5 0,0003 6 6,11·10–5±0,48·10–5 0,770 3,0·10–5±0,7·10–5 0,0003 7 15,86·10–5±1,73·10–5 2,266 2,0·10–5±0,4·10–5 0,0002 8 24,12·10–5±2,46·10–5 3,445 1,0·10–5±0,3·10–5 0,0001 9 42,27·10–5±3,83·10–5 6,039 5,0·10–5±0,2·10–5 0,0005 вая концентрация ванадия составила 0,1·10–5 мг/дм3, что соответствует 0,00001 ПДК или 0,000001 RfDcr.

Количественная оценка хронической экспозиции ванадия при ингаляционном и пероральном с питьевой водой путях поступления в организм детей исследуемой выборки показала, что суммарная средняя суточная доза ванадия при годовой экспозиции составила 2,5·10^–5 – 5,0·10 –4 мг/(кг∙сут.). Вклад аэрогенного фактора в суммарную среднюю суточную дозу ванадия составил от 94,2 до 99,8 %. В контрольной зоне суммарная средняя суточная доза ванадия в течение года составляла 2,0·10^–7 мг/(кг∙сут.). Приоритетными критическими органами при ингаляционном пути поступления ванадия являются органы дыхания (сенсибилизация); при пероральном пути – печень, желудочно-кишечный тракт [14].

Полученнные результаты оценки экспозиции согласуются с данными ранее выполненных исследований [1, 9, 19, 20], в которых авторы в качестве основного пути поступления пентоксида ванадия в организм человека указывают на вдыхание паров и аэрозолей, содержащихся в атмосферном воздухе.

Средняя годовая концентрации ванадия в крови детей зон экспозиции составила от 0,00054 до 0,009 мг/дм³, что соответствует от 0,62 до 10,3 RL (табл. 3). У детей контрольной зоны концентрация ванадия в крови составила 0,00012 мг/дм³, что соответствует 0,14 RL [15] (табл. 2).

Средняя годовая концентрация ванадия в крови детей является маркером хронической экспозиции ванадия, что подтверждено наличием достоверной прямой зависимости ( r =0,75, p =0,0005) средней годовой

Таблица 2

Концентрация ванадия в крови детей в зонах экспозиxции

Зона экспозиции	Концентрация, мг/дм3			Доля от верхней границы референтного предела в крови ( RL = 0,00006–0,00087 мг/дм3)
	средняя ( М±m )	минимальная	максимальная
1 (контроль)	0,00042±0,00008	0,000042	0,000501	0,48
2	0,00054±0,00004	0,000321	0,000763	0,62
3	0,00061±0,00011	0,000395	0,000875	0,70
4	0,00097±0,00018	0,000655	0,001121	1,12
5	0,00268±0,00035	0,000951	0,003271	3,08
6	0,00307±0,00028	0,001151	0,005972	3,52
7	0,00398±0,00044	0,002734	0,007424	4,57
8	0,00805±0,00015	0,006541	0,01245	9,25
9	0,00900±0,00022	0,00701	0,01366	10,3

Рис. Зависимость средней концентрации ванадия в крови детей от среднегодовой концентрации ванадия (по пентоксиду ванадия) в атмосферном воздухе в зонах экспозиции концентрации ванадия в крови от средней годовой концентрации ванадия в атмосферном воздухе исследуемых зон (за одинаковый период наблюдений) (рисунок). Математическая модель, описывающая анализируемую зависимость, представляет собой линейное уравнение вида: y=0,00078x + 21,95, где у – концентрация ванадия в крови, мг/дм3; х – концентрация ванадия в атмосферном воздухе, мг/м3.

В результате исследований и оценки параметров зависимости показателя отношения шансов отклонения лабораторных показателей у экспонированных детей от концентрации ванадия в крови определены маркеры эффекта: повышение IgG специфического к ванадию, повышение IgE общего, повышение активности АСАТ, снижение общего белка, снижение IgA в сыворотке крови, снижение фагоцитарного числа в крови (табл. 3).

Расчет недействующей (реперной) концентрации ванадия в крови для каждого маркера эффекта позволил получить ряд 95% верхних доверительных границ реперных среднегодовых концентраций ванадия в крови (табл. 4).

В результате сопоставления значений верхней 95%-ной доверительной границы уровней ванадия в крови в полученном ряду маркеров эффектов установлено, что лимитирующим показателем вредности являлось повышение IgG специфического к ванадию в сыворотке крови, реперный уровень для которого составил 0,0023 мг/дм3.

Таблица 3

Параметры моделей зависимости «концентрация ванадия в крови – отношение шансов отклонения лабораторного показателя» ( р ≤0,0005)

Лабораторный показатель (маркер эффекта)	Направление изменения показателя	Параметры модели		Критерий Фишера ( F )	Достоверность ( р )	Коэффициент детерминации ( R 2)
		a 0	a 1
IgG специфический к ванадию	Повышение	–1,51	629,1	147,77	0,000	0,78
АСАТ	Повышение	–1,06	365,5	32,92	0,000	0,27
IgE общий	Повышение	–2,36	786,7	188,23	0,000	0,74
Общий белок	Снижение	–3,36	1050,0	724,77	0,000	0,24
IgА	Снижение	–2,89	760,5	535,15	0,000	0,58
IgG	Снижение	1,24	243,1	137,48	0,000	0,45

Таблица 4

Реперные уровни ванадия в крови для анализируемых показателей

Лабораторный показатель	Направление изменения показателя	Доверительные границы, мг/дм3
		верхняя	нижняя
IgG специфический к ванадию	Повышение	0,0023	0,0026
АСАТ	Повышение	0,0026	0,0032
IgE общий	Повышение	0,0029	0,0033
Общий белок	Снижение	0,0031	0,0033
Фагоцитарное число	Снижение	0,0035	0,0040
IgG	Снижение	0,0039	0,0046
IgА	Снижение	0,0048	0,0054

Использование данного показателя в качестве лимитирующего показателя вредности при повышенном содержании ванадия в крови является патогенетически обоснованным, так как поступление в бронхиальное дерево ванадия и его взаимодействие с рецепторами альвеолярных макрофагов эпителия бронхов и альвеол приводит к синтезу специфических иммунокомпетентных белков (ИЛ4, ИЛ6, ИЛ10) и формированию пула Т-лимфоцитов (клеток памяти), обеспечивающих выработку (через В-клетки) специфического иммуноглобулина (типа IgG) к ванадию [6]. Следовательно, оценка специфической сенсибилизации к ванадию по критерию повышения IgG является иммунологическим критерием химической сенсибилизации к ванадию в условиях его экспозиции.

Выводы. Предлагаемый методический подход позволил обосновать реперный уровень ванадия в крови, который составил 0,0023 мг/дм3. Наиболее чувствительным показателем ответной реакции организма на воздействие ванадия является повышение содержания IgG специфического к ванадию. Данная концентрация ванадия в крови может быть рекомендована в качестве безопасной при комплексном хроническом воздействии ванадия, обеспечивающей допустимый риск здоровью. Реперная концентрация ванадия в крови целесообразна для использования при решении задач социально-гигиенического мониторинга, повышения эффективности биомониторинга, проведения санитарноэпидемиологических экспертиз причинения вреда здоровью населения в условиях хронической экспозиции ванадия.

Разработанный комплекс высокочувствительных масс-спектрометрических методов (ICP-MS) позволил оценить фактическое содержание ванадия в атмосферном воздухе на уровне референтной концентрации, высокоселективно определять содержание ванадия в крови в широком диапазоне концентраций [14].