Оценка индивидуального риска метаболических нарушений у детей при экспозиции хлороформом с питьевой водой

Право граждан России на благоприятную среду обитания, на безопасное водопользование, удовлетворение физиологических и хозяйственно-бытовых потребностей в воде закреплено Конституцией и законодательством РФ. По данным Государственного доклада «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия в Российской Федерации в 2014 году» доброкачественной питьевой водой в стране было обеспечено только 63,9 % населения, доля проб, не соответствующих гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям, составила 15,5 %. По этой причине для обеззараживания питьевой воды системы централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения в РФ повсеместно используется метод хлорирования, являющийся одним из са- мых эффективных и экономически целесообразных [11].

Из химических факторов, загрязняющих питьевую воду, серьезную опасность из-за возможности нарушения состояния здоровья, в том числе метаболических нарушений (патологии жирового и углеводного обмена), при хроническом пероральном поступлении представляют тригалометаны, в частности хлороформ [2, 4, 7, 11, 17]. Хлор и его соединения при поступлении в организм в процессе биотрансформации образуют более токсичные, по сравнению с исходными загрязнениями, метаболиты, способные преодолевать гематоэнцефалический и плацентарный барьеры, кумулироваться в жировой ткани, путем алкилирования и (или) стимуляции перекисного окисления

липидов повреждать плазматические и внутриклеточные мембраны, запуская кальциевые механизмы гибели клеток и нарушение липидного обмена [1]. Повышенное содержание в питьевой воде хлорорганических соединений (ХОС) является значимой причиной опасности для здоровья населения, увеличивает уровень общей и детской заболеваемости, является фактором риска развития патологии регуляторных систем и основных видов обмена [3, 6, 7]. Метаболические нарушения (избыток массы тела и ожирение) развиваются в первую очередь на фоне несбалансированного питания, имеют многофакторную природу и наследственную предрасположенность, при этом модулирующая роль факторов среды обитания приобретает все более весомое значение [12, 13].

По данным литературы вероятность развития негативных эффектов воздействия техногенных факторов среды обитания обусловлена индивидуальной чувствительностью организма человека [8, 18]. В гигиенических нормативнометодических документах под термином «индивидуальный риск здоровью» понимают возможность развития негативных изменений здоровья от воздействия факторов среды обитания в течение определенного периода времени для кого-либо из представителей в группе, что не позволяет учитывать персональные конституциональные особенности отдельных индивидуумов [5, 15, 16]. В контексте настоящего исследования под термином «индивидуальный риск» подразумевается вероятность развития негативных изменений здоровья определенной тяжести от воздействия факторов опасности с учетом биологических, например генетических, характеристик конкретного индивидуума.

В этой связи количественная оценка риска здоровью, связанного с воздействием факторов опасности, учитывающая индивидуальные особенности биологического статуса организма человека, приобретает особое значение.

Цель исследования – провести оценку индивидуального риска метаболических нарушений у детей при экспозиции хлороформом с питьевой водой.

Материалы и методы. Гигиеническая оценка качества питьевой воды по содержанию хлороформа выполнена на примере территорий Пермского края, население которых при централизованном хозяйственно-питьевом водоснабжении постоянно потребляет воду с повышенным содержанием ХОС. Питьевое водоснабжение населения территорий исследования осуществляется из поверхностных водозаборов, сооружения очистки которых в технологии водоподготовки применяют дезинфектанты (жидкий хлор или гипохлорит натрия). Оценка полученных концентраций ХОС в питьевой воде выполнена на основании сравнительного анализа с предельно допустимыми концентрациями в воде водных объектов в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования». Использованы результаты мониторинговых наблюдений за период 2013–2014 гг. (данные ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае») и натурных исследований (данные ФБУН «Федеральный научный центр медикопрофилактических технологий управления рисками здоровью населения»).

Группу наблюдения составили 212 детей (114 мальчиков и 98 девочек) в возрасте 4–10 лет (в среднем 6,33±1,63 г.), в течение длительного времени потребляющих питьевую воду ненормативного качества по содержанию хлороформа – до 2,8 ПДК (0,15–0,17 мг/л, доля нестандартных проб – 78–100 %). В группу сравнения вошли 146 детей (78 мальчиков и 68 девочек, р ≥0,05) аналогичного возраста (6,07±1,74 г., р ≥0,05), потребляющих питьевую воду, соответствующую гигиеническим нормативам (содержание хлороформа – 0,0003– 0,0004 мг/л). Других загрязняющих питьевую воду веществ, превышающих ПДК и способных оказывать негативное влияние на эндокринную систему и гормоногенез, выявлено не было. Группы исследования были сопоставимы по возрасту, полу, этническому составу, сопутствующей патологии, социально-экономическому уровню семьи, качеству и рациону питания.

Содержание хлороформа в крови рассматривалось для каждого обследуемого в качестве маркера экспозиции [4, 6, 22]. Определение уровня хлороформа в крови детей выполнялось методом анализа равновесной паровой фазы на газовом хроматографе «Кристалл-5000» с капиллярной колонкой DB-624 и селективным детектором электронного захвата в соответствии с МУК 4.1.2115-06.

Показатели, характеризующие вариации 9 патогенетически значимых для развития метаболических (в том числе антиоксидантных) нарушений генов (глутатионтрансферазы (GSTA4), сульфотрансферазы (SULTA), супероксиддис-мутазы-2 (SOD2), эстрогенового рецептора

(ESR1), серотонинового рецептора (HTR2A), белка сиртуина (SIRT1), гамма-рецептора пероксисом (PPARG), белка апо-E (APOE) и прогестеронового рецептора (NR3C1), идентифицировались как маркеры индивидуальной чувствительности (маркеры предрасположенности к негативным ответам на воздействие хлороформа). Для исследования полиморфных вариантов в изучаемых генах использовали методику ПЦР, в основе которой лежит реакция амплификации и детекция продуктов ПЦР. Отбор материала проводился методом взятия мазков со слизистой оболочки ротоглотки. Затем проводили выделение ДНК с помощью сорбентного метода. Для определения генотипа человека использовали метод аллельной дискриминации [10].

Моделирование влияния хлороформа на возможность формирования нарушений жирового и углеводного обмена как для всей субпопуляции, так и для наиболее чувствительных подгрупп выполнено в соответствии с МР 2.1.10.0062–12 [9] при помощи построения моделей логистической регрессии для различных уровней экспозиции. Вероятность развития различных форм нарушения жирового и углеводного обмена в зависимости от экспозиции (концентрация хлороформа в крови) у детей с вариациями генов описывалась логистической функцией:

_ 1 p i + e - b о ⁺ b i x )

Оценка риска здоровью ( R ) производилась с учетом вероятности ( p ) и тяжести ( g ) заболевания с использованием формулы R _ pg . Показатель тяжести формирования нарушений жирового и углеводного обменов (МКБ-10: E67.8 – избыток массы тела, E66.0 – ожирение) оценивался в соответствии со шкалой степени тяжести нарушений здоровья на уровне верхней границы для заболеваний легкой тяжести – 0,0004 [14].

Сравнение групп по количественным признакам осуществляли с использованием двухвыборочного критерия Стьюдента; оценку зависимостей между признаками – методом корреляционно-регрессионного анализа для количественных переменных. Значимость взаимосвязей и различия между выборками считались достоверными при р <0,05. Корреляционный анализ выполнен по методу Спирмена. Тесты на соблюдение равновесия Харди – Вайнберга и выявление ассоциаций методом Пирсона χ² выполняли с помощью программы «ГенЭксперт»

(Государственный научный центр Российской Федерации «ГосНИИ генетика»). Исследуемые группы находились в равновесном (устойчивом) состоянии по частотам генотипов изученных генов ( р <0,05). Анализ полученной информации осуществлялся статистическими методами (Statistica 7.0) и с помощью специально разработанных программных продуктов, сопряженных с приложениями MS-Office.

Результаты и их обсуждение. По данным обращаемости за медицинской помощью в 2013 г. распространенность эндокринной патологии у детей, проживающих на территории исследования, составляла – 175,0 ‰, что в 2,3 раза выше уровня заболеваемости на территории сравнения – 74,9 ‰. В качестве приоритетной эндокринной патологии диагностировались различные формы нарушения жирового и углеводного обмена (избыточность питания – 17,4 ‰, ожирение – 30,6 ‰), уровень распространенности которых на протяжении последних трех лет в 4,2–7,0 и 6,4–8,5 раза превышал показатели территории сравнения (2,4–4,1 и 3,6–9,4 ‰ соответственно, р =0,001–0,041).

По данным химико-аналитического исследования крови диапазон индивидуальных концентраций хлороформа составлял от 0,01 до 6,0 мкг/л (в среднем по группе – 0,69±0,04 мкг/л, референтная концентрация – 0,0±0,0 мкг/л, р <0,01), что в 2,3 раза выше показателей группы сравнения (0,29±0,01 мкг/л) ( р <0,05).

В ходе проведенной оценки риска здоровью установлено, что при пероральном поступлении с питьевой водой хлороформа у экспонированных детей формируется неприемлемый неканцерогенный риск развития патологии эндокринной системы ( HQ =1,72).

По результатам углублённого клинического врачебного обследования патология эндокринной системы в общей структуре заболеваний в группе наблюдения занимала третье ранговое место и диагностировалась в два раза чаще (23,8 %), чем в группе сравнения (10,7 %), при этом отношения шансов составили – ОШ=2,39; ДИ 0,84–6,82; р ≥0,05. В качестве основных нозологических форм в структуре заболеваемости детей из группы наблюдения преобладали: избыточное питание (E67.8) – 10,7 % и ожирение (E66.0) – 5,3 %, что в 2,4 раза чаще, чем в группе сравнения (4,3 и 2,2 % соответственно).

По данным генетического тестирования у детей, длительное время проживающих в условиях пероральной экспозиции ХОС и потребляющих питьевую воду с повышенным со- держанием хлороформа, полиморфизм канди-датных генов HTR2A и SOD2 характеризовался увеличением в 1,7–2,0 раза частоты встречаемости мутантного гомозиготного и гетерозиготного генотипа относительно группы сравнения (р=0,001–0,005) (табл. 1).

В процессе моделирования не было выявлено достоверных различий вариаций гена су-пероксиддисмутазы-2 (SOD2) от показателей в целом по выборке. Следовательно, вариации этого гена нецелесообразно рассматривать как маркеры чувствительности изменений эндокринной системы под воздействием хлороформа. В качестве маркера индивидуальной чувствительности к экспозиции хлороформа для развития метаболических нарушений в дальнейшем анализировалась вариация гена серотонинового рецептора (HTR2A) [19, 21].

По результатам генетического обследования распространенность в исследуемой выборке вариации АА гена HTR2A достигает 50,5 %, вариации AG – 33,3 %, вариации GG – 16,2 %.

При оценке индивидуального риска для выборки в целом определены коэффициенты, характеризующие зависимость вероятности формирования метаболических нарушений – избыточного питания (b0=–2,13, b1=238,4) и ожирения от экспозиции хлороформом (b0=–3,25, b1=294,6). Параметры моделей для данной зависимости, определяющие индивидуальную чувствительность, составили: при избыточности питания для детей с вариацией АG гена HTR2A b0=–3,68, b1=364,7, с вариацией АА – b0=–3,68; b1=336,1; при ожирении для детей с вариацией AG – b0=–4,42; b1=486,1, с вариацией AА – b0=–4,65; b1=17,68.

Результаты оценки риска здоровью, представленные в табл. 2, свидетельствуют о различии в индивидуальной чувствительности к экспозиции хлороформом у детей с вариациями гена HTR2A, определяющего передачу сигнала к рецептору серотонина и патогенетически связанного с формированием нарушений жирового и углеводного обмена. Обращает на себя внимание, что если в изучаемой субпопуляции в целом уровень риска здоровью, проявляющийся развитием метаболических нарушений, оценивается как приемлемый во всем диапазоне

Таблица 1

Распространенность полиморфизма генов у детей, включенных в исследование

Ген	Генотип/аллель	Группа наблюдения ( n =24)		Группа сравнения ( n =24)		р
		Распространенность, абс. (относ. %, М ± m )	Частота	Распространенность, абс. (относ. %, М ± m )	Частота
APOE	T	30 (62,5±6,9)	0,62	34 (70,8±6,5)	0,71	0,51
	C	18 (37,5±6,9)	0,37	14 (29,2±6,5)	0,29
	TT	6 (25,0±8,4)	0,25	10 (41,7±10,7)	0,42	0,22
	TC	18 (75,0±8,4)	0,75	14 (58,3±10,7)	0,58	0,22
	CC	0 (0,0±0,0)	0,00	0 (0,0±0,0)	0,00	1,0
HTR2A	A	14 (31,8±6,7)	0,32	24 (54,7±7,2)	0,55	0,11
	G	30 (68,2±6,7)	0,68	20 (45,5±7,2)	0,45
	AA	2 (9,1±5,8)	0,09	10 (45,5±10,6)	0,45	0,005
	AG	10 (45,5±10,2)	0,45	4 (18,2±7,9)	0,18	0,04
	GG	10 (45,5±10,2)	0,45	8 (36,4±9,8)	0,36	0,52
SOD2	C	16 (36,4±6,9)	0,36	34 (77,3±6,1)	0,77	0,004
	A	28 (63,6±6,9)	0,63	10 (22,7±6,1)	0,23
	CC	2 (9,1±5,9)	0,09	12 (54,5±10,2)	0,54	0,001
	CA	12 (54,5±10,2)	0,54	10 (45,5±10,2)	0,45	0,53
	AA	8 (36,4 ±9,8)	0,36	0 (0,0±0,0)	0,00	0,001
PPARGС1А	G	26 (54,2±7,2)	0,54	34 (70,8±6,5)	0,71	0,22
	A	22 (45,8±7,2)	0,46	14 (29,9±6,5)	0,3
	GG	10 (41,7±10,1)	0,42	12 (50,0±10,2)	0,5	0,58
	GA	6 (25,0±8,8)	0,25	10 (41,7±10,1)	0,42	0,22
	AA	8 (33,3±9,6)	0,33	2 (8,3±5,5)	0,08	0,03
SULTA	G	28 (58,3±7,1)	0,58	32 (66,7±6,8)	0,67	0,52
	A	20 (41,7±7,1)	0,42	16 (33,3±6,8)	0,33
	GG	6 (25,0±8,8)	0,25	12 (50,0±10,2)	0,50	0,074
	GA	16 (66,7±9,6)	0,67	8 (33,3±9,6)	0,33	0,019
	AA	2 (8,3±5,5)	0,08	4 (16,7±7,7)	0,17	0,35

П р и м е ч а н и е: достоверность различий в группах исследования р ≤0,05.

Таблица 2

Результаты оценки индивидуального риска метаболических нарушений у детей с вариацией гена HTR2A при различном уровне содержания хлороформа в крови (уровень допустимого риска – менее 1 ⋅10–4)

Концентрация хлороформа в крови, мкг/л Без учета генотипа Е67.8 Е66.0 Ген HTR2A, нормальный гомозиготный вариант AA Ген HTR2A, мутантный гетерозиготный вариант AG Ген HTR2A, нормальный гомозиготный вариант AA Ген HTR2A, мутантный гетерозиготный вариант AG 0,01 2,26⋅10–05 1,07⋅10–05 1,29⋅10–05 5,95⋅10–06 6,66⋅10–06 0,21 2,38⋅10–05 1,16⋅10–05 1,41⋅10–05 6,00⋅10–06 7,41⋅10–06 0,41 2,51⋅10–05 1,24⋅10–05 1,54⋅10–05 6,05⋅10–06 8,24⋅10–06 0,83 2,79⋅10–05 1,44⋅10–05 1,84⋅10–05 6,16⋅10–06 1,02⋅10–05 1,03 2,95⋅10–05 1,55⋅10–05 2,01⋅10–05 6,21⋅10–06 1,13⋅10–05 1,24 3,11⋅10–05 1,67⋅10–05 2,19⋅10–05 6,27⋅10–06 1,26⋅10–05 1,45 3,27⋅10–05 1,79⋅10–05 2,39⋅10–05 6,32⋅10–06 1,39⋅10–05 1,86 3,63⋅10–05 2,07⋅10–05 2,85⋅10–05 6,43⋅10–06 1,72⋅10–05 2,07 3,82⋅10–05 2,22⋅10–05 3,10⋅10–05 6,49⋅10–06 1,90⋅10–05 2,28 4,02⋅10–05 2,39⋅10–05 3,38⋅10–05 6,55⋅10–06 2,11⋅10–05 2,48 4,24⋅10–05 2,57⋅10–05 3,68⋅10–05 6,60⋅10–06 2,34⋅10–05 2,90 4,69⋅10–05 2,95⋅10–05 4,34⋅10–05 6,72⋅10–06 2,86⋅10–05 3,10 4,93⋅10–05 3,17⋅10–05 4,72⋅10–05 6,78⋅10–06 3,16⋅10–05 3,31 5,18⋅10–05 3,40⋅10–05 5,12⋅10–05 6,84⋅10–06 3,49⋅10–05 3,52 5,44⋅10–05 3,64⋅10–05 5,55⋅10–05 6,90⋅10–06 3,85⋅10–05 3,93 6,00⋅10–05 4,18⋅10–05 6,49⋅10–05 7,02⋅10–06 4,67⋅10–05 4,14 6,29⋅10–05 4,47⋅10–05 7,01⋅10–05 7,08⋅10–06 5,14⋅10–05 4,34 6,60⋅10–05 4,78⋅10–05 7,57⋅10–05 7,14⋅10–06 5,64⋅10–05 4,55 6,92⋅10–05 5,11⋅10–05 8,15⋅10–05 7,20⋅10–06 6,19⋅10–05 4,97 7,59⋅10–05 5,82⋅10–05 9,42⋅10–05 7,33⋅10–06 7,40⋅10–05 5,17 7,95⋅10–05 6,21⋅10–05 1,01⋅10–04 7,39⋅10–06 8,08⋅10–05 5,38 8,32⋅10–05 6,62⋅10–05 1,08⋅10–04 7,46⋅10–06 8,80⋅10–05 5,59 8,70⋅10–05 7,05⋅10–05 1,16⋅10–04 7,52⋅10–06 9,56⋅10–05 5,79 9,09⋅10–05 7,50⋅10–05 1,23⋅10–04 7,59⋅10–06 1,04⋅10–04 6,00 9,50⋅10–05 7,97⋅10–05 1,32⋅10–04 7,65⋅10–06 1,12⋅10–04 величин маркера экспозиции, то у детей с вариацией AG гена HTR2A недопустимый уровень риска формирования избыточности питания регистрируется начиная с уровня содержания хлороформа в крови 5,17 мкг/л, с ожирением – с уровня более 5,79 мкг/л.

Оценка индивидуального риска развития метаболических отклонений у детей и параметры моделей подтверждаются результатами им-муноферментного анализа уровня серотонина в сыворотке крови, функционально связанного с указанными вариациями гена HTR2A , отвечающего за пищевую мотивацию и кодирующего серотониновые рецепторы. У детей с гетерозиготным вариантом гена в условиях пероральной экспозиции хлороформом отмечается тенденция к снижению содержания серотонина в сыворотке крови в 1,3 раза (216,0±105,8 нг/мл) относительно такового в группе сравнения (282,8±136,3 нг/мл).

Выявленные отклонения нарушения синтеза серотонина через центральные механизмы регуляции могут способствовать изменению нормальной структуры пищевого поведения, потенцировать нарушения жирового и углеводного обмена [20].

Выводы. У экспонированных детей формируется неприемлемый неканцерогенный риск развития патологии эндокринной системы, связанный с пероральной экспозицией хлороформом с питьевой водой ( HQ =1,72). Индивидуальный риск здоровью при уровне маркера экспозиции (концентрация хлороформа в крови) в диапазоне от 0,01 до 6,0 мкг/л в целом по выборке характеризуется как допустимый (менее 1,0⋅10^–4). В то же время у лиц с вариацией AG гена HTR2A начиная с уровня содержания хлороформа в крови более 5,17 и 5,79 мкг/л величина индивидуального риска формирования метаболических нарушений – избыточности питания и ожирения (МКБ: Е67.7-66.0) – может достигать недопустимых значений (1,32⋅10^–4 и 1,12⋅10^–4 соответственно).

Детей с вариацией AG гена HTR2A целесообразно рассматривать как контингенты, наиболее чувствительные к воздействию хлороформа, а данную вариацию генов как маркер индивидуальной чувствительности. К относительной серотониновой недостаточности, помимо несбалансированного питания, также может приводить потребление питьевой воды с повышенным содержанием хлорорганических соединений.

Выполненные исследования позволяют обосновать генетические показатели чувствительности к воздействию хлороформа для ранней донозологической диагностике метаболических нарушений и реализации технологий профилактики избыточности питания и ожирения (МКБ: Е67.7-66.0) у детей, потребляющих питьевую воду с повышенным содержанием хлорорганических соединений.