Внедрение системы биомониторинга в крупные научные экспедиции на примере научно-образовательного проекта «Арктический плавучий университет»

В настоящее время идёт активное развитие биомониторинговых исследований в Арктическом регионе, несмотря на это группы людей, временно приезжающие в Арктику, остаются вне национальной системы мониторинга в отличие от местного населения. Участие в экспедициях на судах подразумевает под собой особые бытовые условия, такие как ограниченность пространства, сенсорная депривация. Цель исследования — проанализировать биохимические показателей крови, содержание эссенциальных, токсичных элементов, стойких органических загрязнителей (СОЗ) и витамина D в пробах экспедиционной группы, временно приезжающих работать в экстремальных условиях Арктики. Исследование проведено на борту научно-экспедиционного судна «Михаил Сомов» в рамках проекта «Арктический плавучий университет». Участниками стали 50 человек: 26 мужчин и 24 женщины в возрасте от 20 до 72 лет. В результате анализа были определены: 8 биохимических показателей крови, уровень витамина D методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемным масс-спектрометрическим детектированием, содержание эссенциальных (Co, Mn, Se, Cu, Zn), токсичных элементов (As, Cd, Hg, Pb) с помощью масс-спектрометра с индуктивно-связанной плазмой и СОЗ методом газовой хромато-масс-спектрометрией. Почти у 90% участников экспедиции концентрация витамина D была ниже 20 нг/мл, что говорит о недостаточности данного витамина в организме. Проведя сравнительный анализ между экспедиционной группой и постоянно проживающим населением Ненецкого автономного округа (НАО), было установлено, что у экспедиционной группы значительно снижено содержание не только токсичных соединений (As, Cd, Hg, Pb, СО_З), но и эссенциальных элементов (Co, Mn, Se, Cu, Zn), по сравнению с местным населением. Стоит отметить, что концентрация мышьяка у экспедиционной группы в 65 раз ниже (0,12 мкг/л), чем у постоянных жителей Арктической зоны Российской Федерации (7,29 мкг/л), также в 42 раза ниже была концентрация свинца в группе экспедиционных работников (0,30 мкг/л), чем у местного населения (15,21 мкг/л). Полученные данные дают информацию об элементарном и токсикантном статусе городского населения РФ. Одной из причин таких различий может быть ведение преимущественно традиционного образа жизни местным населением НАО и биомагнификация токсичных веществ в пищевых цепях. Если на постоянной основе проводить биомониторинговые исследования и накапливать полученные данные, то будет основа для прогнозирования рисков как краткосрочного, так и долгосрочного характера. Проведённое исследование способствует расширению системы биомониторинга на национальном уровне.

Этика. Исследование проведено в соответствии с локальным этическим комитетом Северного государственного медицинского университета (СГМУ) (выписка из протокола заседания от 09.06.2021 № 04-06-2021).

Участие авторов:
Коробицына Р.Д. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста, редактирование;
Варакина Ю.И. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста;
Трофимова А.Н. — сбор и обработка данных, написание текста;
Аксенов А.С. — написание текста, редактирование;
Сорокина Т.Ю. — концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование.

Благодарности. Авторы выражают благодарность проекту «Арктический плавучий университет», участникам настоящего исследования, без которых оно бы не состоялось, сотрудникам ФГБОУ ВО «Северный государственный медицинский университет» Министерства Здравоохранения РФ за помощь в отборе, первичной пробоподготовке и проведении биохимического анализа и научному сотруднику МГУ им. М.В. Ломоносова Соболеву Никите Андреевичу за помощь в проведении элементного анализа проб на ИСП-МС. Работа выполнена при поддержке научно-образовательного центра мирового уровня «Российская Арктика: новые материалы, технологии и методы исследования».

Финансирование. Настоящая работа была выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (договор от 22.03.2022 № 22-15-20076)

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дата поступления: 18.12.2023 / Дата принятия к печати: 17.01.2024 / Дата публикации: 12.02.2024

1. Иконникова Н.В., Гребеньков С.В., Бойко И.В., Никанов А.Н. Риски утраты профессионального здоровья у работников газотранспортного предприятия, действующего в условиях, приравненных к Крайнему Северу. Медицина труда и промышленная экология. 2023; 63(4): 218–225. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2023-63-4-218-225

2. Охотников С.В., Васильев М.Ю., Поваженко А.А. Иммунологическая реактивность у вахтовых работников в условиях Крайнего Севера и ее коррекция. Медицинская иммунология. 2020; 2(1): 93–96.

3. Бужилова А.П., Бацевич В.А., Бердиева А.Ю., Зорина Д.Ю., Ясина О.В. Оценка взаимосвязи морфологических характеристик и концентраций микроэлементов у современных представителей арктического адаптивного типа. Вестник археологии, антропологии и этнографии. 2013; 4(23): 59–70.

4. Белоножко М.Л., Белоножко Л.Н., Овеян М.М. Влияние человеческого потенциала на развитие Арктики. Известия высших учебных заведений. Социология. Экономика. Политика. 2020; 13(3): 9–21.

5. Varakina Y., Lahmanov D., Aksenov A. et al. Concentrations of Persistent Organic Pollutants in Women’s Serum in the European Arctic Russia. Toxics. 2021; 9(1): 6. https://doi.org/10.3390/toxics9010006

6. Sobolev N., Ellingsen D.G., Belova N. et al. Essential and non-essential elements in biological samples of inhabitants residing in Nenets Autonomous Okrug of the Russian Arctic. Environ Int. 2021; 152: 106510. https://doi.org/10.1016/j.envint.2021.106510

7. Дударев А.А., Одланд Й.О. Здоровье человека в связи с загрязнением Арктики — результаты и перспективы международных исследований под эгидой АМАП. Экология человека. 2017; 9: 3–14.

8. Корнеева Я.А., Симонова Н.Н. Особенности психологической адаптированности вахтового персонала в условиях Крайнего Севера. Национальный психологический журнал. 2021; 4(44): 63–74. https://doi.org/10.11621/npj.2021.0406

9. Гудков А.Б. Адаптивные реакции организма вахтовых рабочих в Арктике. Вестник САФУ. Сер.: Естественные науки. 2012; 2: 65–70.

10. Миллер Л. Спортивная медицина: учебное пособие. Издательство: Литагент Спорт; 2015.

11. Коробицына Р.Д., Сорокина Т.Ю. Статус витамина D населения России репродуктивного возраста за последние 10 лет: систематический обзор. Российская Арктика. 2022; 18: 44–55. https://doi.org/10.24412/2658-4255-2022-3-44-55

12. Holick M.F., Binkley N.C., Bischoff-Ferrari H.A., Gordon C.M., Hanley D.A., Heaney R.P., Murad M.H., Weaver C.M. Evaluation, treatment, and prevention of vitamin D deficiency: An Endocrine Society clinical practice guideline. J Clin.Endocrinol. Metab. 2011; 96: 1911–1930.

13. Varakina Y., Aksenov A., Lakhmanov D. et al. Geographic and Ethnic Variations in Serum Concentrations of Legacy Persistent Organic Pollutants among Men in the Nenets Autonomous Okrug, Arctic Russia. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19: 1379. https://doi.org/10.3390/ijerph19031379

14. Provisional guidelines on standard international age classifications. Publisher: United nations, New York; 1982.

15. Pamphlett R. The prevalence of inorganic mercury in human cells increases during aging but decreases in the very old. Sci Rep. 2021; 11: 16714. https://doi.org/10.1038/s41598-021-96359-8

16. Bercovitz K., Laufer D. Age and gender influence on lead accumulation in root dentine of human permanent teeth. Archives of Oral Biology. 1991; 36(9): 671–673. https://doi.org/10.1016/0003-9969(91)90020-U

17. Всемирная организация здравоохранения. Отравление свинцом. https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/lead-poisoning-and-health

18. Всемирная организация здравоохранения. Ртуть и здоровье. https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/mercury-and-health

19. Al-Naseem A., Sallam A., Choudhury S., Thachil J. Iron deficiency without anaemia: a diagnosis that matters. Clin Med (Lond). 2021; 21(2): 107–113. https://doi.org/10.7861/clinmed.2020-0582

20. Орынханова М.О., Жанузаков М.А. Особенности железодефицитной анемии у студентов и методы ее коррекции. Наука о жизни и здоровье. 2019; (4): 86–96. https://doi.org/10.24411/1995-5871-2019-10056

21. Sorokina T., Sobolev N., Belova N. et al. Diet and Blood Concentrations of Essential and Non-Essential Elements among Rural Residents in Arctic Russia. Nutrients. 2022; 14: 5005. https://doi.org/10.3390/nu14235005

22. Новиков М.А., Горбачева Е.А., Лаптева А.М. Содержание мышьяка в промысловых рыбах Баренцева моря (по многолетним данным). Известия ТИНРО. 2021; 201(4): 833–844. https://doi.org/10.26428/1606-9919-2021-201-833-844

23. Almerud P., Zamaratskaia G., Lindroos A.K. et al. Cadmium, total mercury, and lead in blood and associations with diet, sociodemographic factors, and smoking in Swedish adolescents. Environ Res. 2021; 197: 110991. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.110991

24. Berglund M., Lind B., Björnberg K.A. et al. Inter-individual variations of human mercury exposure biomarkers: A cross-sectional assessment. Environ. Health. 2005; 4: 20. https://doi.org/10.1186/1476-069X-4-20

25. Wiseman C., Parnia A., Chakravartty D. et al. Total, methyl and inorganic mercury concentrations in blood and environmental exposure sources in newcomer women in Toronto, Canada. Environ. Res. 2019; 169: 261–271. https://doi.org/10.1016/j.envres.2018.11.011

26. Hong D., Cho S.H., Park S.J. et al. Hair mercury level in smokers and its influence on blood pressure and lipid metabolism. Environ Toxicol Pharmacol. 2013; 36(1): 103–7. https://doi.org/10.1016/j.etap.2013.03.007

27. Verbrugge L.A., Wenzel S.G., Berner J.E. et al. Human exposure to lead from ammunition in the circumpolar north. Ingestion of lead from spent ammunition: Implications for wildlife and humans. 2009; 10: 1–11. https://doi.org/10.4080/ilsa.2009.0110

28. Shelestun A., Eliseeva T. Cobalt (Co) — importance for the body and health, where it contains. Journal of Healthy Nutrition and Dietetics. 2022; 2(20): 83–90.

29. Shimakoshi H. Chapter Two — Application of bioorganometallic B12 in green organic synthesis. Vitamins and Hormones. 2022; 119: 23–42. https://doi.org/10.1016/bs.vh.2022.01.015

30. Manganese. National Institutes of Health. https://ods.od.nih.gov/factsheets/Manganese-HealthProfessional/

31. Banerjee M., Chakravarty D., Kalwani P. et al. Voyage of selenium from environment to life: Beneficial or toxic? Journal of Biochemical and Molecular Toxicology. 2022; 36(11): e23195. https://doi.org/10.1002/jbt.23195

32. Spiller H.A. Rethinking mercury: the role of selenium in the pathophysiology of mercury toxicity. Clin. Toxicol. 2018; 56(5): 313–326. https://doi.org/10.1080/15563650.2017.1400555

33. Gochfeld M., Burger J., Environ. Sci. Mercury interactions with selenium and sulfur and the relevance of the Se:Hg molar ratio to fish consumption advice. Pollut. Res. Int. 2021; 28: 18407. https://doi.org/10.1007/s11356-021-12361-7

34. National institutes of Health. Fact Sheet for Health Professionals. Copper. https://ods.od.nih.gov/factsheets/Copper-HealthProfessional/

35. Bocca B., Madeddu R., Asara Y., Tolu P., Marchal J.A., Forte G., Assessment of reference ranges for blood Cu, Mn, Se and Zn in a selected Italian population. J. Trace Elem. Med. Biol. 2011; 25(1): 19–26. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2010.12.004

36. Kim H.-J., Lim H.-S., Lee K.-R., Choi M.-H., Kang N.M., Lee C.H., Oh E.-J., Park H.-K. Determination of trace metal levels in the general population of Korea. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2017; 14(7): 702. https://doi.org/10.3390/ijerph14070702

37. Hinks L.J., Clayton B.E., Lloyd R.S. Zinc and copper concentrations in leucocytes and erythrocytes in healthy adults and the effect of oral contraceptives. J. Clin. Pathol. 1983; 36(9): 1016–1021. https://doi.org/10.1136/jcp.36.9.1016

38. Cousins R.J., Zinc., In: Ziegler E.E., Filer L.J., Jr. Present knowledge in nutrition. 7th ed. Washington, DC, USA: International Life Sciences Institute Press. 1996: 293–306.

39. Brown K.H., Wuehler S.E., Peerson J.M. The Importance of Zinc in Human Nutrition and Estimation of the Global Prevalence of Zinc Deficiency. Food and Nutrition Bulletin. 2001; 22(2): 113–125. https://doi.org/10.1177/156482650102200201

40. Arnaud J., Touvier M., Galan P. et al. Determinants of serum zinc concentrations in a population of French middle-age subjects (SU.VI.MAX cohort). Eur J Clin Nutr. 2010; 64: 1057–1064. https://doi.org/10.1038/ejcn.2010.118

41. Prohaska C., Pomazal K., Steffan I. Determination of Ca, Mg, Fe, Cu, and Zn in blood fractions and whole blood of humans by ICP-OES. Fresenius J Anal Chem. 2000; 367: 479–484. https://doi.org/10.1007/s002160000383

42. Sorokina T.Y. A national system of biological monitoring in the Russian Arctic as a tool for the implementation of the Stockholm Convention. Int Environ Agreements. 2019; 19: 341–355. https://doi.org/10.1007/s10784-019-09436-9