zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2024-64-8-525-530osjisqzurniimtpe-3533Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESОсобенности иммунного профиля работников предприятия цветной металлургии в условиях контаминации биосред редкоземельными элементами (на примере тулия)Features of the immune profile of workers of a non-ferrous metallurgy enterprise in conditions of contamination of biological media with rare earth elements (using the example of thulium)https://orcid.org/0000-0003-4860-3145ДолгихОлег ВладимировичDolgikhOleg V.

Зав. отделом иммунобиологических методов диагностики, д-р мед. наук, профессор

e-mail: oleg@fcrisk.ru

Head of the Department of Immunobiological Diagnostic Methods, Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Dr. of Sci. (Med.), Professor

e-mail: oleg@fcrisk.ru

oleg@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5850-7232АлексеевВадим БорисовичAlekseevVadim B.

Директор, д-р мед. наук

e-mail: root@fcrisk.ru

Director, Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Dr. of Sci. (Med.)

e-mail: root@fcrisk.ru

root@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0170-1824ДиановаДина ГумяровнаDianovaDina G.

Старший научный сотрудник отдела иммунобиологических методов диагностики, д-р мед. наук

e-mail: dianovadina@rambler.ru

Senior Researcher, Department of Immunobiological Diagnostic Methods, Dr. of Sci. (Med.)

e-mail: dianovadina@rambler.ru

dianovadina@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3366-2804ВдовинаНадежда АлексеевнаVdovinaNadezhda А.

Старший лаборант отдела иммунобиологических методов диагностики

e-mail: vdovina@fcrisk.ru

Senior Laboratory Assistant, Department of Immunobiological Diagnostic Methods

e-mail: vdovina@fcrisk.ru

vdovina@fcrisk.ruФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» РоспотребнадзораРоссияFederal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management TechnologiesRussian Federation202416092024648525530Copyright © Долгих О.В., Алексеев В.Б., Дианова Д.Г., Вдовина Н.А., 20242024Долгих О.В., Алексеев В.Б., Дианова Д.Г., Вдовина Н.А.Dolgikh O.V., Alekseev V.B., Dianova D.G., Vdovina N.А.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/3533Введение

Введение. Активное использование редкоземельных элементов, в том числе и тулия (Tm), в различных технологических процессах повышает риски нарушения здоровья, связанные с профессиональной деятельностью работника.

Цель исследования — изучить особенности иммунного профиля работников предприятия цветной металлургии в условиях контаминации биосред редкоземельными элементами (на примере тулия).

Материалы и методы

Материалы и методы. Обследованы 35 работников предприятия цветной металлургии. Группу сравнения составили работники с уровнем концентрации тулия в крови в границах референтного интервала (n=17), группу наблюдения — работники, в крови которых содержание тулия в 2 раза превышает верхний предел референтных значений (n=18). Методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой изучено содержание тулия в биосредах (кровь). Методом проточной цитометрии выполнена детекция Annexin V-FITC+7AAD+-лимфоцитов (поздний апоптоз/некроз), иммуноферментным — IL6, TNF, IgE общий, аллергосорбентным — специфический IgG к лантаноидам.

Результаты

Результаты. Установлено, что у работников группы наблюдения в 2,3 раза повышено содержание общего IgE и в 2,0 раза экспрессия специфического IgG к лантаноидам по отношению к результатам группы сравнения (р<0,05). Обнаружено, при избыточном содержании тулия в крови отмечается ингибирование клеточной гибели на 15% относительно значений группы сравнения.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Ограничения исследования связаны с ограниченностью выборки.

Этика

Этика. Протокол исследования одобрен комитетом по биомедицинской этике локальным этическим комитетом ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН» № 2 от 22.03.2023 г. Исследование выполнено согласно требованиям, изложенным в Хельсинкской декларации ВМА «Этические принципы медицинских исследований с участием человека в качестве испытуемого» (1964 г., 2013 г.). Добровольное информированное согласие на участие в исследовании и использовании персональных данных подписано всеми участниками.

Участие авторов

Участие авторов:Долгих О.В. — разработка концепции исследования, интерпретация данных, редактирование рукописи;Алексеев В.Б. — интерпретация данных, редактирование рукописи;Дианова Д.Г. — разработка концепции и дизайна исследования, анализ и интерпретация данных, написания текста рукописи;Вдовина Н.А. — сбор, обработка данных.

Финансирование

Финансирование. Исследование выполнялось в рамках научно-исследовательской работы НИОКТР № 121081900044‑4, рег. № ИКРБС, и не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дата поступления

Дата поступления: 18.06.2024 / Дата принятия к печати: 02.08.2024 / Дата публикации: 15.09.2024

Introduction

Introduction. The active use of rare earth elements, including thulium (Tm), in various technological processes increases the risks of health problems associated with the professional activities of the employee.

The purpose of the study is to study the characteristics of the immune profile of workers at a non-ferrous metallurgy enterprise under conditions of contamination of biological media with rare earth elements (using the example of thulium).

Materials and methods

Materials and methods. 35 employees of a non-ferrous metallurgy enterprise were examined. The comparison group consisted of workers with the level of thulium concentration in the blood within the reference interval (n=17), the observation group — workers whose blood thulium content was 2 times higher than the upper limit of the reference values (n=18). The content of thulium in biological media (blood) was studied using mass spectrometry with inductively coupled plasma. Flow cytometry was used to detect Annexin V-FITC+7AAD+-lymphocytes (late apoptosis/necrosis), enzyme immunoassay — IL6, TNF, general IgE, allergosorbent — specific IgG to lanthanides.

Results

Results. It was found that the workers in the observation group had a 2.3-fold increase in the content of total IgE and a 2.0-fold increase in the expression of specific IgG to lanthanides in relation to the results of the comparison group (p<0.05). It was found that with an excess thulium content in the blood, there is an inhibition of cell death by 15% relative to the values of the comparison group.

Limitations of the study

Limitations of the study. Limitations of the study relate to the limited sample size.

Ethics

Ethics. The study protocol was approved by the Biomedical Ethics Committee of the local ethical committee of the Federal Budgetary Institution «FSC MPT URZN» No. 2 dated March 22, 2023. The study was carried out in accordance with the requirements set out in the WMA Declaration of Helsinki «Ethical Principles for Medical Research Involving Human Subjects» (1964, 2013). Voluntary informed consent to participate in the study and use of personal data was signed by all participants.

Contribution

Contribution:Dolgikh O.V. — development of the research concept, interpretation of data, editing of the manuscript;Alekseev V.B. — data interpretation, manuscript editing;Dianova D.G. — development of the concept and design of research, analysis and interpretation of data, writing the text of the manuscript;Vdovina N.A. — data collection and processing.

Funding

Funding. The research was carried out as part of the research work of R&D No. 121081900044-4, reg. No. ICRBS, and had no funding.

Conflict of interests

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.

Received

Received: 18.06.2024 / Accepted: 02.08.2024 / Published: 15.09.2024

редкоземельные элементытулийиммунологический профильсенсибилизацияклеточная гибельrare earth elementsthuliumimmunological profilesensitizationcell deathReferencesBrouziotis A.A., Giarra A., Libralato G., Pagano G., Guida M., Trifuoggi M. Toxicity of rare earth elements: An overview on human health impact. Front. Environ. Sci. 2022; 10: 2022. https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.948041Brouziotis A.A., Giarra A., Libralato G., Pagano G., Guida M., Trifuoggi M. Toxicity of rare earth elements: An overview on human health impact. Front. Environ. Sci. 2022; 10: 2022. https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.948041Sager M., Wiche O. Rare earth elements (REE): origins, dispersion, and environmental implications — a comprehensive review. Environments. 2024; 11(2): 24. https://doi.org/10.3390/environments11020024Sager M., Wiche O. Rare earth elements (REE): origins, dispersion, and environmental implications — a comprehensive review. Environments. 2024; 11(2): 24. https://doi.org/10.3390/environments11020024Pagano G., Guida M., Tommasi F., Oral R. Health effects and toxicity mechanisms of rare earth elements-Knowledge gaps and research prospects. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2015; 115: 40–48. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.01.030Pagano G., Guida M., Tommasi F., Oral R. Health effects and toxicity mechanisms of rare earth elements-Knowledge gaps and research prospects. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2015; 115: 40–48. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.01.030Liu H., Liu H., Yang Z., Wang K. Bone mineral density in population long-term exposed to rare earth elements from a mining area of China. Biol. Trace. Elem. Res. 2021; 199(2): 453–464. https://doi.org/10.1007/s12011-020-02165-0Liu H., Liu H., Yang Z., Wang K. Bone mineral density in population long-term exposed to rare earth elements from a mining area of China. Biol. Trace. Elem. Res. 2021; 199(2): 453–464. https://doi.org/10.1007/s12011-020-02165-0Adeel M., Lee J.Y., Zain M., Rizwan М., Nawab А., Ahmad M.A. et al. Cryptic footprints of rare earth elements on natural resources and living organisms. Environment. International. 2019; 127: 785–800. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.03.022Adeel M., Lee J.Y., Zain M., Rizwan М., Nawab А., Ahmad M.A. et al. Cryptic footprints of rare earth elements on natural resources and living organisms. Environment. International. 2019; 127: 785–800. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.03.022Oladipo H.J., Tajudeen Y.A., Taiwo E.O., Muili A.O., Yusuf R.O., Jimoh S.A. et al. Global environmental health impacts of rare earth metals: insights for research and policy making in Africa. Challenges. 2023; 14(2): 20. https://doi.org/10.3390/challe14020020Oladipo H.J., Tajudeen Y.A., Taiwo E.O., Muili A.O., Yusuf R.O., Jimoh S.A. et al. Global environmental health impacts of rare earth metals: insights for research and policy making in Africa. Challenges. 2023; 14(2): 20. https://doi.org/10.3390/challe14020020Fleurbaix E., Parant M., Maul A., Cossu-Leguille C. Toxicity of lanthanides on various fish cell lines. Ecotoxicology. 2022; 31: 1147–1157. https://doi.org/10.1007/s10646-022-02574-yFleurbaix E., Parant M., Maul A., Cossu-Leguille C. Toxicity of lanthanides on various fish cell lines. Ecotoxicology. 2022; 31: 1147–1157. https://doi.org/10.1007/s10646-022-02574-yZhang Q., O’Brien S., Grimm J. Biomedical applications of lanthanide nanomaterials, for imaging, sensing and therapy. Nanotheranostics. 2022; 6(2): 184–194. https://doi.org/10.7150/ntno.65530Zhang Q., O’Brien S., Grimm J. Biomedical applications of lanthanide nanomaterials, for imaging, sensing and therapy. Nanotheranostics. 2022; 6(2): 184–194. https://doi.org/10.7150/ntno.65530Schubert D., Dargusch R., Raitano J., Chan S.W. Cerium and yttrium oxide nanoparticles are neuroprotective. BBRC. 2006; 342(1): 86–91. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2006.01.129Schubert D., Dargusch R., Raitano J., Chan S.W. Cerium and yttrium oxide nanoparticles are neuroprotective. BBRC. 2006; 342(1): 86–91. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2006.01.129Hanana Н., Turcotte P., Pilote M., Auclair J., Gagnon C. Biomarker assessment of lanthanum on a freshwater invertebrate, Dreissena polymorpha. SOJ Biochemistry. 2017; 3: 9–17. https://doi.org/10.15226/2376-4589/3/1/00120Hanana Н., Turcotte P., Pilote M., Auclair J., Gagnon C. Biomarker assessment of lanthanum on a freshwater invertebrate, Dreissena polymorpha. SOJ Biochemistry. 2017; 3: 9–17. https://doi.org/10.15226/2376-4589/3/1/00120Duosiken D., Yang R., Dai Y., Marfavi Z., Lv Q., Li H., Sun K., Tao K. Near-infrared light-excited reactive oxygen species generation by thulium oxide nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 2022; 144(6): 2455–2459. https://doi.org/10.1021/jacs.1c11704Duosiken D., Yang R., Dai Y., Marfavi Z., Lv Q., Li H., Sun K., Tao K. Near-infrared light-excited reactive oxygen species generation by thulium oxide nanoparticles. J. Am. Chem. Soc. 2022; 144(6): 2455–2459. https://doi.org/10.1021/jacs.1c11704Obitz D., Gkika K.S., Heller M., Keyes T.E., Metzler‑Nolte N.A phototoxic thulium complex exhibiting intracellular ROS production upon 630 nm excitation in cancer cells. ChemComm. 2023; 59(14). https://doi.org/10.1039/D2CC06209GObitz D., Gkika K.S., Heller M., Keyes T.E., Metzler‑Nolte N.A phototoxic thulium complex exhibiting intracellular ROS production upon 630 nm excitation in cancer cells. ChemComm. 2023; 59(14). https://doi.org/10.1039/D2CC06209GPerry J., Minaei E., Engels E., Ashford B.G., McAlary L., Clark J.R. et al. Thulium oxide nanoparticles as radioenhancers for the treatment of metastatic cutaneous squamous cell carcinoma. Phys. Med. Biol. 2020; 65(21): 215018. https://doi.org/10.1088/1361-6560/abaa5dPerry J., Minaei E., Engels E., Ashford B.G., McAlary L., Clark J.R. et al. Thulium oxide nanoparticles as radioenhancers for the treatment of metastatic cutaneous squamous cell carcinoma. Phys. Med. Biol. 2020; 65(21): 215018. https://doi.org/10.1088/1361-6560/abaa5dRodushkin I., Ödman F., Olofsson R., Burman E., Axelsson M.D. Multi-element analysis of body fluids by double-focusing ICP-MS. Recent Research Developments in Pure & Applied Analytical Chemistry. 2001; 5: 51–66.Rodushkin I., Ödman F., Olofsson R., Burman E., Axelsson M.D. Multi-element analysis of body fluids by double-focusing ICP-MS. Recent Research Developments in Pure & Applied Analytical Chemistry. 2001; 5: 51–66.Zaitseva N.V., Dolgikh O.V., Dianova D.G. Exposure to airborne nickel and phenol and features of the immune response mediated by E and G immunoglobulins. Health Risk Analysis. 2023; 2: 160–168.Zaitseva N.V., Dolgikh O.V., Dianova D.G. Exposure to airborne nickel and phenol and features of the immune response mediated by E and G immunoglobulins. Health Risk Analysis. 2023; 2: 160–168.Lin C., Kadono T., Yoshizuka K., Furuichi T., Kawano T. Effects of fifteen rare-earth metals on Ca2+ influx in tobacco cells. Z. Naturforsch., C: Biosci. 2006; 61(1–2): 74–80. https://doi.org/10.1515/znc-2006-1-214Lin C., Kadono T., Yoshizuka K., Furuichi T., Kawano T. Effects of fifteen rare-earth metals on Ca2+ influx in tobacco cells. Z. Naturforsch., C: Biosci. 2006; 61(1–2): 74–80. https://doi.org/10.1515/znc-2006-1-214Hou F., Huang J., Qing F., Guo T., Ouyang S., Xie L. et al. The rare-earth yttrium induces cell apoptosis and autophagy in the male reproductive system through ROS-Ca2+-CamkII/Ampk axis. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2023; 263: 115262. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.115262Hou F., Huang J., Qing F., Guo T., Ouyang S., Xie L. et al. The rare-earth yttrium induces cell apoptosis and autophagy in the male reproductive system through ROS-Ca2+-CamkII/Ampk axis. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2023; 263: 115262. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.115262Sweeney K.J., Han X., Müller U.F. A ribozyme that uses lanthanides as cofactor. Nucleic Acids Res. 2023; 51(14): 7163–7173. https://doi.org/10.1093/nar/gkad513Sweeney K.J., Han X., Müller U.F. A ribozyme that uses lanthanides as cofactor. Nucleic Acids Res. 2023; 51(14): 7163–7173. https://doi.org/10.1093/nar/gkad513Sojka B., Liskova A., Kuricova M. et al. The effect of core and lanthanide ion dopants in sodium fluoride-based nanocrystals on phagocytic activity of human blood leukocytes. J. Nanopart. Res. 2017; (19): 68. https://doi.org/10.1007/s11051-017-3779-9Sojka B., Liskova A., Kuricova M. et al. The effect of core and lanthanide ion dopants in sodium fluoride-based nanocrystals on phagocytic activity of human blood leukocytes. J. Nanopart. Res. 2017; (19): 68. https://doi.org/10.1007/s11051-017-3779-9Rosa C.P., Belo T.C.A., Santos N.C.M., Silva E.N., Gasparotto J., Corsetti P.P., de Almeida L.A. Reactive oxygen species trigger inflammasome activation after intracellular microbial interaction. Life Sci. 2023; 331: 122076. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2023.122076Rosa C.P., Belo T.C.A., Santos N.C.M., Silva E.N., Gasparotto J., Corsetti P.P., de Almeida L.A. Reactive oxygen species trigger inflammasome activation after intracellular microbial interaction. Life Sci. 2023; 331: 122076. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2023.122076Мачарадзе Д.Ш. Современные клинические аспекты оценки уровней общего и специфических IgE. Педиатрия. 2017; 96(2): 121–127.Macharadze D.S. Modern clinical aspects of assessing the levels of total and specific IgE. Pediatrija. 2017; 96 (2): 121–127 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.