Анализ перспективных направлений совершенствования методической части системы биологического мониторинга на потенциально химически опасных объектах (аналитический обзор)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. В настоящее время в Российской Федерации в практике промышленной медицины не используются методы биологического мониторинга органических соединений — дополнения к производственному контролю, заключающегося в регулярном измерении содержания биомаркеров вредных химических веществ в организме работающих.

Цель исследования — анализ доступных научных публикаций и методических документов о биомаркерах вредных органических веществ, формирование выводов о направлениях развития методического обеспечения биологического мониторинга органических соединений в Российской Федерации.

Материал и методы. Использованы доступные научные публикации, методические указания Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, материалы Федерального регистра потенциально опасных химических и биологических веществ (РПОХБВ) и зарубежные методические документы, в частности Агентства по токсичным веществам и регистру заболеваний (Agency for Toxic Substances and Disease Registry, США).

Результаты. Собран перечень наиболее распространённых вредных органических веществ, обращающихся на опасных химических объектах, и их биомаркеров, методик их измерений в биологических средах. Выполнен анализ отечественных и зарубежных гигиенических нормативов содержания токсикантов или их маркеров в биологических средах.

Ограничения исследования. Аналитический обзор методов биологического мониторинга выполнен только для органических соединений и не включает неорганические вещества.

Заключение. Аналитический обзор позволил выявить следующие необходимые методические элементы для внедрения биологического мониторинга в Российской Федерации: разработка по меньшей мере 9 химико-аналитических методик определения биомаркеров в биологических средах работающих, внедрение иммунохроматографических методов при проведении биологического мониторинга работающих для уточнения достоверности данных анамнеза об отношении к алкоголю, табакокурению и лекарственным препаратам, экспериментальные исследования по обнаружению и идентификации биомаркеров экспозиции к ряду органических соединений, экспериментальное обоснование отсутствующих в СП 1.2.3685–21 гигиенических нормативов содержания в воздухе рабочей зоны 15 веществ.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения по биомедицинской этике.

Участие авторов:
Уколов А.И. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, написание текста;
Комбарова М.Ю. — сбор и обработка материала;
Рейнюк В.Л., Баринов В.А., Радилов А.С. — редактирование.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила в редакцию: 12.12.2023 / Принята в печать: 05.05.2024 / Опубликована: 28.06.2024

 

Об авторах

Антон Игоревич Уколов

ФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека» Федерального медико-биологического агентства; ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова» Федерального медико-биологического агентства

Автор, ответственный за переписку.
Email: AntonUkolov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2911-1260

Кандидат хим. наук, заведующий отделом токсикологии ФГУП «НИИ ГПЭЧ» ФМБА России, 188663, Ленинградская область, Российская Федерация

Россия

Мария Юрьевна Комбарова

ФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека» Федерального медико-биологического агентства

Email: Kombarova@gpech.ru
ORCID iD: 0000-0003-0435-3228

Кандидат мед. наук, заведующий отделом гигиены ФГУП «НИИ ГПЭЧ» ФМБА России, 188663, Ленинградская область, Российская Федерация

Россия

Владимир Леонидович Рейнюк

ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова» Федерального медико-биологического агентства

Email: info@toxicology.ru
ORCID iD: 0000-0002-4472-6546

Доктор мед. наук, профессор, врио директора ФГБУ НКЦТ им. С.Н. Голикова ФМБА России, 192019, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Россия

Владимир Александрович Баринов

ФГБУ «Научно-клинический центр токсикологии имени академика С.Н. Голикова» Федерального медико-биологического агентства

Email: dissovet@toxicology.ru
ORCID iD: 0000-0002-3276-8036

Доктор мед. наук, профессор, ведущий научный сотрудник ФГБУ НКЦТ им. С.Н. Голикова ФМБА России, 192019, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Россия

Андрей Станиславович Радилов

ФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека» Федерального медико-биологического агентства

Email: radilov@gpech.ru
ORCID iD: 0000-0003-0776-7434

Доктор мед. наук, профессор, и.о. директора ФГУП «НИИ ГПЭЧ» ФМБА России, 188663, Ленинградская область, Российская Федерация

Россия

Список литературы

  1. BAUA, What is Biomonitoring?. Retrieved 10 March 2020 from https://www.baua.de/EN/Topics/Work-design
  2. Биологический контроль производственного воздействия вредных веществ: Методические рекомендации № 5205-90. Сост. И.В. Саноцкий, И.П. Уланова, Г.Г. Авилова, Т.А. Ткачева и др. М.; 1990: 30.
  3. Уколов А.И., Радилов А.С. О развитии идей биологического контроля производственного воздействия вредных химических веществ (дискуссия). Медицина труда и промышленная экология. 2022; 62 (11): 740–6.
  4. Уколов А.И., Радилов А.С. Токсикометаболомика гидроксиламина. Медицина экстремальных ситуаций. 2019; S1: 74-82.
  5. Ewa B., Danuta M.Š. Polycyclic aromatic hydrocarbons and PAH-related DNA adducts. J. Appl. Genet. 2017; 58(3): 321–30.
  6. Легостаева Ю.В., Гарифуллина Л.Р., Нуриева Э.Р., Ишмуратова Н.М. Озонолиз холестерина в присутствии пиридина. Вестник Башкирск. ун-та. 2018; 4: 1056–8.
  7. Pryor W.A., Wang K., Bermudez E.Сholesterol ozonation products as biomarkers for ozone exposure in rats Biochemical and biophysical research communications. 1992; 188(2): 618–23.
  8. Уколов А.И., Лаптев Д.С., Карманов Е.Ю., Каракашев Г.В., Криворотов Д.В., Нечайкина О.В., Бобков Д.В., Петунов С.Г.. Новые биомаркеры несимметричного диметилгидразина (НДМГ). Токс. вестн. 2022. 3: 182–90.
  9. Niot-Mansart V., Muhamedi A., Arnould J.P. A competitive ELISA detecting 7-methylguanosine adduct induced by N-nitrosodimethylamine exposure. Hum Exp Toxicol. 200; 24(2): 89–94.
  10. Шаяхметов С.Ф., Журба О.М., Алексеенко А.Н., Меринов А.В., Дорогова В.Б. Биологический мониторинг хлорорганических углеводородов в производстве винилхлорида и поливинилхлорида. Медицина труда и промышленная экология. 2017; (1): 39–42.
  11. Журба О.М. Аспекты определения тиодиуксусной кислоты в моче как биомаркера промышленного воздействия винилхлорида и 1,2-дихлорэтана. Гигиена и санитария. 2017; 96(5): 427–31.
  12. Akrill P., Cocker J. Determination of nitroglycerin and its dinitrate metabolites in urine by gas chromatography-mass spectrometry as potential biomarkers for occupational exposure. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2002; 778(1–2): 193–8.
  13. Liu Q. et al. Association between urinary propylene oxide metabolite and the risk of dyslexia. Environmental Pollution. 2022; 292: 118469.
  14. Pottenger L.H., Boysen G., Brown K., Cadet J., Fuchs R.P., Johnson G.E., Swenberg J.A. Understanding the importance of low-molecular weight (ethylene oxide- and propylene oxide-induced) DNA adducts and mutations in risk assessment: Insights from 15 years of research and collaborative discussions. Environ Mol Mutagen. 2019; 60(2): 100–21.
  15. Zhang Z., et al. Associations between polychlorinated dibenzo-dioxins and polychlorinated dibenzo-furans exposure and oxidatively generated damage to DNA and lipid. Chemosphere. 2019; 227: 237–46.
  16. Зайцева Н.В., Уланова Т.С., Долгих О.В., Карнажицкая Т.В. Обоснование максимально недействующей концентрации формальдегида в крови детей, проживающих на территориях с различной антропогенной нагрузкой. Пермский медицинский журнал. 2010; 27(1): 101–4.
  17. Carraro E., Gasparini S., Gilli G. Identification of a chemical marker of environmental exposure to formaldehyde. Environ Res. 1999; 80: 132–7.
  18. Moeller B.C. et al. Biomarkers of exposure and effect in human lymphoblastoid TK6 cells following [13C2]-acetaldehyde exposure. Toxicol Sci. 2013. 133 (1): 1–12.
  19. Vodicka P. et al. Styrene metabolism, genotoxicity, and potential carcinogenicity. Drug Metab Rev. 2006; 38(4): 805–53.
  20. Уланова И.П., Авилова Г.Г., Карпухина Е.А., Каримова Л.К., Бойко В.И., Макарь-ева Л.М. Материалы к обоснованию биологической ПДК бензола. Гигиена и санитария. 1990; 9: 38–40.
  21. Grigoryan H. et al. Adductomic signatures of benzene exposure provide insights into cancer induction. Carcinogenesis. 2018; 39(5): 661–8.
  22. Mikeš P. et al. 3-(3,4-Dihydroxyphenyl)adenine, a urinary DNA adduct formed in mice exposed to high concentrations of benzene. J Appl Toxicol. 2013; 33(6): 516–20.
  23. de Rooij B.M. et al. 3-Chloro-2-hydroxypropylmercapturic acid and α-chlorohydrin as biomarkers of occupational exposure to epichlorohydrin, Environmental Toxicology and Pharmacology. 1997; 3(3): 175–85.
  24. Bader M., Rosenberger W., Gutzki F.M., Tsikas D. Quantification of N-(3-chloro-2-hydroxypropyl)valine in human haemoglobin as a biomarker of epichlorohydrin exposure by gas chromatography-tandem mass spectrometry with stable-isotope dilution. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2009; 877(13): 1402–15.
  25. Уланова Т.С., Синицына О.О., Карнажицкая Т.Д., Заверненкова Е.О. К вопросу установления реперного уровня содержания акролеина в крови детского населения. Анализ риска здоровью. 2017; 1: 29–37.
  26. Ruenz M. et al. Sustained Human Background Exposure to Acrolein Evidenced by Monitoring Urinary Exposure Biomarkers. Mol Nutr Food Res. 2019; 63(24): e1900849.
  27. Li H., Wang J., Kaphalia B., Ansari G.A., Khan M.F. Quantitation of acrolein-protein adducts: potential biomarker of acrolein exposure. J Toxicol Environ Health A. 2004; 67(6): 513–24.
  28. Liu X., Lovell M.A., Lynn B.C. Development of a method for quantification of acrolein-deoxyguanosine adducts in DNA using isotope dilution-capillary LC/MS/MS and its application to human brain tissue. Anal Chem. 2005; 77(18): 5982–9.
  29. Fabrizi L. et al. Adduction of the Chloroform Metabolite Phosgene to Lysine Residues of Human Histone H2B. Chem. Res. Toxicol. 2003; 16: 266–75.
  30. Noort D., Hulst A.G., Fidder A., van Gurp R.A., de Jong L.P., Benschop H.P. In vitro adduct formation of phosgene with albumin and hemoglobin in human blood. Chem Res Toxicol. 2000; 13(8): 719–26.
  31. Sentjurc M., Mason R.P. Inhibition of radical adduct reduction and reoxidation of the corresponding hydroxylamines in in vivo spin trapping of carbon tetrachloride-derived radicals. Free Radic Biol Med. 1992; 13(2): 151–60.
  32. Mráz J., Simek P., Chvalová D., Nohová H., Smigolová P. Studies on the methyl isocyanate adducts with globin. Chem Biol Interact. 2004; 148(1–2): 1–10.
  33. Pantazides B.G. et al. Development of a clinical assay to measure chlorinated tyrosine in hair and tissue samples using a mouse chlorine inhalation exposure model. Anal Bioanal Chem. 2021; 413(6): 1765–76.
  34. Winterbourn C.C., Kettle A.J. Biomarkers of myeloperoxidase-derived hypochlorous acid. Free Radical Biology and Medicine. 2000; 29(5): 403–9.
  35. Hemström P., Larsson A., Elfsmark L., Åstot C. l-α-Phosphatidylglycerol Chlorohydrins as Potential Biomarkers for Chlorine Gas Exposure. Anal Chem. 2016; 88(20): 9972–9.
  36. Harwood D.T., Kettle A.J., Winterbourn C.C. Production of glutathione sulfonamide and dehydroglutathione from GSH by myeloperoxidase-derived oxidants and detection using a novel LC-MS/MS method. Biochem J. 2006; 399(1): 161–8.
  37. Нурисламова Т.В., Уланова Т.С., Попова Н.А., Мальцева О.А. Методическое обеспечение социально-гигиенического и медико-биологического мониторинга потенциально опасного высокотоксичного акрилонитрила в атмосфере, выдыхаемом воздухе и крови. Гигиена и санитария. 2016; 95(1): 122–8.
  38. Minet E., Cheung F., Errington G., Sterz K., Scherer G. Urinary excretion of the acrylonitrile metabolite 2-cyanoethylmercapturic acid is correlated with a variety of biomarkers of tobacco smoke exposure and consumption. Biomarkers. 2011; 16(1): 89–96.
  39. Schettgen T., Müller J., Fromme H., Angerer J. Simultaneous quantification of haemoglobin adducts of ethylene oxide, propylene oxide, acrylonitrile, acrylamide and glycidamide in human blood by isotope-dilution GC/NCI-MS/MS. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2010; 878 (27): 2467-673.
  40. Gladovic M., Spaninger E., Bren U. Nucleic Bases Alkylation with Acrylonitrile and Cyanoethylene Oxide: A Computational Study. Chemical Research in Toxicology. 2018; 31(2): 97–104.
  41. Birner G., Richling C., Henschler D., Anders M.W., Dekant W. Metabolism of tetrachloroethene in rats: identification of N epsilon-(dichloroacetyl)-L-lysine and N epsilon-(trichloroacetyl)-L-lysine as protein adducts. Chemical Research in Toxicology. 1994; 7: 724–32.
  42. Eckert E. et al. A method for the simultaneous determination of mercapturic acids as biomarkers of exposure to 2-chloroprene and epichlorohydrin in human urine. Journal of Chromatography B. 2012; 889–90: 69–76.
  43. Modick H., Weiss T., Dierkes G., Koslitz S., Käfferlein H.U., Brüning T., Koch H.M. Human metabolism and excretion kinetics of aniline after a single oral dose. Archives of Toxicology. 2015; 90(6): 1325–33.
  44. Käfferlein H.U. et al. Human exposure to airborne aniline and formation of methemoglobin: a contribution to occupational exposure limits. Arch Toxicol. 2014; 88(7): 1419–26.
  45. Jones K. et al. Biological monitoring for trimethylbenzene exposure: a human volunteer study and a practical example in the workplace. Ann Occup Hyg. 2006; 50(6): 593–8.
  46. Tsujimoto Y. et al. Identification of the dimethylbenzyl mercapturic acid in urine of rats administered with 1,2,4-trimethylbenzene. Chemosphere. 2000; 40(8): 893–6.
  47. Linhart I., Hrabal R., Smejkal J., Mitera J. Metabolic pathways of 1-butyl [3-13C]acrylate. Identification of urinary metabolites in rat using nuclear magnetic resonance and mass spectroscopy. Chem Res Toxicol. 1994; 7(1): 1–8.
  48. Алексеенко А.Н., Журба О.М., Ефимова Н.В., Рукавишников В.С. Парофазное газохроматографическое определение формальдегида в моче. Журнал аналитической химии. 2017; 72 (1): 65–8.
  49. Ward E.M. et al. Monitoring of aromatic amine exposures in workers at a chemical plant with a known bladder cancer excess. J Natl Cancer Inst. 1996; 88(15): 1046–52.
  50. Sisto R. et al. Occupational exposure to volatile organic compounds affects microRNA profiling: Towards the identification of novel biomarkers. Toxicol Rep. 2020; 7: 700–10.
  51. Schut H.A., Shiverick K.T. DNA adducts in humans as dosimeters of exposure to environmental, occupational, or dietary genotoxins. FASEB J. 1992; 6(11): 2942–51.
  52. Landmesser A. et al. A novel quantification method for sulfur-containing biomarkers of formaldehyde and acetaldehyde exposure in human urine and plasma samples. Anal Bioanal Chem. 2020; 412: 7535–46.
  53. Viitala K., Israel Y., Blake J.E., Niemelä O. Serum IgA, IgG, and IgM antibodies directed against acetaldehyde-derived epitopes: relationship to liver disease severity and alcohol consumption. Hepatology. 1997; 25(6): 1418–24.
  54. Swiercz R., Korsak Z., Rydzynski K. Kinetics of n-butyl alcohol and m-xylene in blood during single and combined inhalation exposure in rats. Int J Occup Med Environ Health. 1995; 8(4): 361–5.
  55. Уколов А.И., Мигаловская Е.Д., Радилов А.С. Хроматомасс-спектрометрическое исследование плазмы крови крыс, подвергавшихся воздействию алифатических углеводородов с числом атомов углерода от 1 до 5. Биомед. журн. Medline.ru. 2015; 16: 329–34.
  56. Ashley D.L., Prah J.D. Time dependence of blood concentrations during and after exposure to a mixture of volatile organic compounds. Arch Environ Health. 1997; 52(1): 26–33.
  57. Jacobson G.A., McLean S. Biological monitoring of low level occupational xylene exposure and the role of recent exposure. Ann Occup Hyg. 2003; 47(4): 331–36.
  58. Ghittori S., Maestri L., Maraccini P., Imbriani M. Acetone in urine as biological index of occupational exposure to isopropyl alcohol. Ind Health. 1996; 34(4): 409–14.
  59. Pravasi S.D., Acetic Acid, Editor(s): Philip Wexler, Encyclopedia of Toxicology (Third Edition), Academic Press, 2014, Pages 33–5.
  60. Уколов А.И., Мигаловская Е.Д., Радилов А.С. Хроматомасс-спектрометрическое исследование биологических образцов крыс подвергавшихся воздействию алифатических углеводородов с числом атомов углерода от 6 до 10. Биомед. журн. Medline.ru. 2015; 16: 335–43.
  61. Уколов А.И., Кессених Е.Д., Радилов А.С., Гончаров Н.В. Токсикометаболомика: поиск маркеров хронического воздействия низких концентраций алифатических углеводородов. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2017; 53(1): 24–32.
  62. Радилов А.С., Уколов А.И. Токсикометаболомика – интеграция профилактической и аналитической токсикологии. Токсикологический вестик. 2022; 5: 286–96.
  63. Bereznowski Z. In vivo assessment of methyl methacrylate metabolism and toxicity. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 1995; 27 (12): 1311–6.
  64. Liu Y. et al., Monitoring human risk and exposure to trinitrotoluene (TNT) using haemoglobin adducts as biomarkers. Toxicology Letters. 1995; 77 (1–3): 281–7.
  65. Sabbioni G., Jones C.R. Biomonitoring of arylamines and nitroarenes. Biomarkers. 2002; 7(5): 347–421.
  66. Waksman J., Phillips S. Biologic markers of exposure to chlorinated solvents. Clinics in Occupational and Environmental Medicine. 2004; 4(3), 413–21.
  67. Ingall G.B. Alcohol biomarkers. Clin Lab Med. 2012; 32(3): 391–406.
  68. Sisto R. et al. Direct and Oxidative DNA Damage in a Group of Painters Exposed to VOCs: Dose - Response Relationship. Front Public Health. 2020; 19(8): 440–5.
  69. Kupczewska-Dobecka M., Soćko R. Dopuszczalne stezenie w materiale biologicznym jako wskaźnik narazenia na dichlorometan [Admissible concentration in biological material: an index of exposure to dichloromethane]. Med Pr. 2008; 59(2): 187–95. (in Polish)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Уколов А.И., Комбарова М.Ю., Рейнюк В.Л., Баринов В.А., Радилов А.С., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 81728 от 11 декабря 2013.