medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2020-99-10-1159-1164medlit-1081Research ArticleМЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF HYGIENIC AND EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSПрименение хромато-масс-спектрометрических методов определения маркеров экспозиции в биомониторинговых исследованиях у работников производств поливинилхлорида и алюминияApplication of chromato-mass-spectrometric methods of determination of exposure markers in biomonitoring researches in workers of productions of polyvinyl chloride and aluminumhttps://orcid.org/0000-0001-8740-3133ШаяхметовСалим ФайзыевичShayakhmetovSalim F.

Доктор мед. наук, профессор, вед. науч. сотр. лаборатории аналитической экотоксикологии и биомониторинга, ФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований», 665827, Ангарск.

e-mail: salimf53@mail.ru

MD, Ph.D., DSci., professor, leading researcher of the Laboratory of analytical ecotoxicology and biomonitoring of the East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research, Angarsk, 665827, Russian Federation.

e-mail: salimf53@mail.ru

salimf53@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9961-6408ЖурбаО. М.ZhurbaOlga M.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4980-5304АлексеенкоА. Н.AlekseenkoAnton N.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7848-6432МериновА. В.MerinovAlexey V.noemail@neicon.ruФГБНУ «Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований»East-Siberian Institute of Medical and Ecological Research202001122020991011591164Copyright © Шаяхметов С.Ф., Журба О.М., Алексеенко А.Н., Меринов А.В., 20202020Шаяхметов С.Ф., Журба О.М., Алексеенко А.Н., Меринов А.В.Shayakhmetov S.F., Zhurba O.M., Alekseenko A.N., Merinov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/1081Введение

Введение. Присутствие высокотоксичных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в условиях производства алюминия и хлорорганических соединений (ХОС) при получении поливинилхлорида (ПВХ) создаёт серьёзную угрозу для здоровья рабочих, обусловливает необходимость проведения биологического мониторинга токсикантов и их метаболитов в биосредах для оценки риска здоровью на основе современных методов химического анализа.

Материал и методы

Материал и методы. Выполнены биомониторинговые исследования содержания маркерного метаболита ХОС - тиодиуксусной кислоты (TDUK) в моче у 65 работников производства ПВХ и метаболита ПАУ - 1-гидроксипирена (1-OHPyr) у 144 работников алюминиевого завода с использованием разработанных собственных методик хромато-масс-спектрометрического (ГХ-МС) анализа. Анализ проб осуществляли на газовом хроматографе Agilent 7890A с масс-селективным детектором Agilent 5979.

Результаты

Результаты. Рассмотрены предложенные методические приёмы и параметры ГХ-МС измерения TDUK и 1-OHPyr в моче, обеспечившие высокую селективность и чувствительность анализа проб. Установлены достоверные различия уровней содержания маркерных метаболитов среди групп основных и вспомогательных профессий и лиц контрольных групп, их зависимость от степени воздействия ПАУ и ХОС. Наибольшие концентрации TDUK в моче отмечены у аппаратчиков цеха получения винилхлорида, 1-OHPyr - у анодчиков алюминиевого производства.

Заключение

Заключение. Результаты апробации разработанных на базе метода ГХ-МС высокочувствительных и селективных методик определения TDUK и 1-OHPyr в пробах мочи демонстрируют возможность их применения в биомониторинговых исследованиях у работников производств и населения для адекватной оценки экспозиции высокотоксичных ПАУ и ХОС.

Introduction

Introduction. The presence of highly toxic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the production of aluminum and organochlorine compounds (OCC) in the production of polyvinyl chloride (PVC) poses a serious threat to the health of workers, necessitates biological monitoring of toxicants and their metabolites in biological media to assess health risks on basis of modern methods chemical analysis.

Material and methods

Material and methods. Biomonitoring studies of the content of marker metabolite OCC - thiodiacetic acid (TDAA) in urine were performed in 65 workers of PVC production and PAHs metabolite - 1-hydroxypyrene (1-OHPyr) in 144 workers of the aluminum smelter using developed own methods of gas-chromato-mass-spectrometric (GC-MS) analysis. Sample analysis was performed on an Agilent 7890A gas chromatograph with an Agilent 5979 mass selective detector.

Results

Results. Methodological methods and parameters of GC-MS measurement of TDAA and 1-OHPyr in urine, which provided high selectivity and sensitivity of the analysis of samples, were examined and considered. Reliable differences in the levels of marker metabolites among the groups of main and auxiliary occupations and persons in the control groups, their dependence on the degree of exposure to PAHs, and OCC were established. The highest concentrations of TDAA in urine were observed in unit operators of PVC workshop and 1-OHPyr - in anode workers of aluminum production.

Discussion

Discussion. The revealed reliable intergroup and interindividual differences in the contents of TDAA and 1-OHPyr in the urine of workers indicate the reliability and informativeness of the results of the analysis of biological media. The results are consistent with data from foreign studies, confirm the occupational - production nature of the exposure of toxicants among workers in the main professions of enterprises.

Conclusion

Conclusion. The results of approbation of highly sensitive and selective methods for the determination of TDAA and 1-OHPyr in urine samples developed on the base of GC-MS method demonstrate the possibility of their use in biomonitoring studies of workers of productions and the population to adequately assess the exposure of highly toxic PAHs and OCC.

производства поливинилхлорида и алюминияхлорорганические соединенияполициклические ароматические углеводородыбиомаркеры экспозиции в биосредахproductions of polyvinyl chloride and aluminumorganochlorine compoundspolycyclic aromatic hydrocarbonsbiomarkers of exposure in biological mediaReferencesФомин М.В., Аликбаева Л.А., Луковникова Л.В., Сидорин Г.И., Петрова Н.Н. Гигиеническое обоснование безопасности эксплуатации предприятия по производству поливинилхлорида. Гигиена и санитария. 2017; 96(4): 347-51. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-4-347-351Fomin M.V., Alikbaeva L.A., Lukovnikova L.V., Sidorin G.I., Petrova N.N. Hygienic substantiation of the safety operation of the enterprise for the production of polyvinyl chloride. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2017; 96(4): 347–51. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-4-347-351 (in Russian)Шаяхметов С.Ф., Мещакова Н.М., Лисецкая Л.Г., Меринов А.В., Журба О.М., Алексеенко А.Н. и соавт. Гигиенические аспекты условий труда в современном производстве алюминия. Гигиена и санитария. 2018; 97(10): 899-904. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-10-899-904Shayakhmetov S.F., Meshchakova N.M., Lisetskaya L.G., Merinov A.V., Zhurba O.M., Alekseenko A.N., et al. Hygienic aspects of working conditions in the modern production of aluminum. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2018; 97(10): 899–904. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2018-97-10-899-904 (in Russian)Sim M.R., Del Monaco A., Hoving J.L., Macfarlane E., McKenzie D., Benke G., et al. Mortality and cancer incidence in works in two Australian prebake aluminium smelters. Occup. Environ. Med. 2009; 66(7): 464-70. https://doi.org/10.1136/oem.2008.040964Sim M.R., Del Monaco A., Hoving J.L., Macfarlane E., McKenzie D., Benke G., et al. Mortality and cancer incidence in works in two Australian prebake aluminium smelters. Occup. Environ. Med. 2009; 66(7): 464–70. https://doi.org/10.1136/oem.2008.040964Jiy F., Wangy W., Xia Z.L., Zheng Y.J., Qiu Y.L., Wu F., et al. Prevalence and persistence of chromosomal damage and susceptible genotypes of metabolic and DNA repair genes in Chinese vinyl chloride-exposed workers. Carcinogenesis. 2010; 31(4): 648-53. https://doi.org/10.1093/carcin/bgq015Jiy F., Wangy W., Xia Z.L., Zheng Y.J., Qiu Y.L., Wu F., et al. Prevalence and persistence of chromosomal damage and susceptible genotypes of metabolic and DNA repair genes in Chinese vinyl chloride-exposed workers. Carcinogenesis. 2010; 31(4): 648–53. https://doi.org/10.1093/carcin/bgq015Brandt-Rauf P.W., Li Y., Long C., Monaco R., Kovvali G., Marion M.J. Plastics and carcinogenesis: the example of vinyl chloride. J. Carcinog. 2012; 11: 5. https://doi.org/10.4103/1477-3163.93700Brandt-Rauf P.W., Li Y., Long C., Monaco R., Kovvali G., Marion M.J. Plastics and carcinogenesis: the example of vinyl chloride. J. Carcinog. 2012; 11: 5. https://doi.org/10.4103/1477-3163.93700Klöslová Z., Drímal M., Balog K., Koppová K., Dubajová J. The relations between polycyclic aromatic hydrocarbons exposure and 1-OHP levels as a biomarker of the exposure. Cent. Eur. J. Public Health. 2016; 24(4): 302-7. https://doi.org/10.21101/cejph.a4179Klöslová Z., Drímal M., Balog K., Koppová K., Dubajová J. The relations between polycyclic aromatic hydrocarbons exposure and 1-OHP levels as a biomarker of the exposure. Cent. Eur. J. Public Health. 2016; 24(4): 302–7. https://doi.org/10.21101/cejph.a4179LARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Some Traditional Herbal Medicines, Some Mycotoxins, Naphthalene and Styrene. Lyon: LARS Press; 2002.LARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans. Some Traditional Herbal Medicines, Some Mycotoxins, Naphthalene and Styrene. Lyon: LARS Press; 2002.Зайцева Н.В., Землянова М.А., Чашин В.П., Гудков А.Б. Научные принципы применения биомаркеров в медико-экологических исследованиях (обзор литературы). Экология человека. 2019; (9): 4-14. https://doi.org/10.33396/1728-0869-2019-9-4-14Zaytseva N.V., Zemlyanova M.A., Chashin V.P., Gudkov A.B. Scientifiic principles of use of biomarkers in medico-ecological studies (review). Ekologiya cheloveka. 2019; (9): 4–14. https://doi.org/10.33396/1728-0869-2019-9-4-14 (in Russian)Шилов В.В., Маркова О.Л., Кузнецов А.В. Биомониторинг воздействия вредных химических веществ на основе современных биомаркеров. Обзор литературы. Гигиена и санитария. 2019; 98(6): 591-6. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-6-591-596Shilov V.V., Markova O.L., Kuznetsov A.V. Biomonitoring of influence of harmful chemicals on the basis of the modern biomarkers. Literature review. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(6): 591–6. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-6-591-596 (in Russian)Jacob J., Seidel A. Biomonitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons in human urine. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2002; 778(1-2): 31-47. https://doi.org/10.1016/s0378-4347(01)00467-4Jacob J., Seidel A. Biomonitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons in human urine. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2002; 778(1-2): 31–47. https://doi.org/10.1016/s0378-4347(01)00467-4Boogaard P.J. Urinary biomarkers in the risk assessment of PAHs. Occup. Eniviron. Med. 2008; 65(4): 221-2. https://doi.org/10.1136/oem.2007.034157Boogaard P.J. Urinary biomarkers in the risk assessment of PAHs. Occup. Eniviron. Med. 2008; 65(4): 221–2. https://doi.org/10.1136/oem.2007.034157Chen C.W., Hsieh D., Sung F.C., Tsai S.P. Feasibility ofusing urinary TDGA as a biomarker for VCM exposures. Regul. Toxicol. Pharmacol. 2018; 97: 82-7. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2018.06.008Chen C.W., Hsieh D., Sung F.C., Tsai S.P. Feasibility ofusing urinary TDGA as a biomarker for VCM exposures. Regul. Toxicol. Pharmacol. 2018; 97: 82–7. https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2018.06.008Carstensen U., Yang K., Levin J.O., Ostman C., Nilsson T., Hemminki K., et al. Genotoxic exposures of potroom workers. Scand. J. Work Environ. Health. 1999; 25(1): 24-32. https://doi.org/10.5271/sjweh.379Carstensen U., Yang K., Levin J.O., Ostman C., Nilsson T., Hemminki K., et al. Genotoxic exposures of potroom workers. Scand. J. Work Environ. Health. 1999; 25(1): 24–32. https://doi.org/10.5271/sjweh.379Barbeau D., Persoons R., Marques M., Hervé C., Laffitte-Rigaud G., Maitre A. Relevance of urinary 3-hydroxybenzo(a)pyrene and 1-hydroxypyrene to assess exposure to carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbon mixtures in metallurgy workers. Ann. Occup. Hyg. 2014; 58(5): 579-90. https://doi.org/10.1093/annhyg/meu004Barbeau D., Persoons R., Marques M., Hervé C., Laffitte-Rigaud G., Maitre A. Relevance of urinary 3-hydroxybenzo(a)pyrene and 1-hydroxypyrene to assess exposure to carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbon mixtures in metallurgy workers. Ann. Occup. Hyg. 2014; 58(5): 579–90. https://doi.org/10.1093/annhyg/meu004Cheng T.J., Huang Y.F., Ma Y.C. Urinary thiodiglycolic acid levels for vinyl chloride monomer exposed polyvinyl chloride workers. J. Occup. Environ. Med. 2001; 43(11): 934-8. https://doi.org/10.1097/00043764-200111000-00002Cheng T.J., Huang Y.F., Ma Y.C. Urinary thiodiglycolic acid levels for vinyl chloride monomer exposed polyvinyl chloride workers. J. Occup. Environ. Med. 2001; 43(11): 934–8. https://doi.org/10.1097/00043764-200111000-00002Lee C.C., Shen Y., Hsu C.W., Fong J.P., Uang S.N., Chang J.W. Reduced adiponectin:leptin ratio associated with inhalation exposure to vinyl chloride monomer. Sci. Total Environ. 2020; 703: 135488. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135488Lee C.C., Shen Y., Hsu C.W., Fong J.P., Uang S.N., Chang J.W. Reduced adiponectin:leptin ratio associated with inhalation exposure to vinyl chloride monomer. Sci. Total Environ. 2020; 703: 135488. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.135488Jongeneelen F.J. Benchmark guideline for urinary 1-hydroxypyrene as biomarker of occupational exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons. Ann. Occup. Hyg. 2001; 45(1): 3-13. https://doi.org/10.1093/annhyg/45.1.3Jongeneelen F.J. Benchmark guideline for urinary 1-hydroxypyrene as biomarker of occupational exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons. Ann. Occup. Hyg. 2001; 45(1): 3–13. https://doi.org/10.1093/annhyg/45.1.3Журба О.М., Алексеенко А.Н., Шаяхметов С.Ф. Хромато-масс-спектрометрическое определение тиодиуксусной кислоты в моче. Аналитика и контроль. 2013; 17(4): 445-51.Zhurba O.M., Alekseenko A.N., Shayakhmetov S.F. Chromatography-mass-spectrometry determination of thiodiacetic acid in urine. Analitika i kontrol’. 2013; 17(4): 445–51. (in Russian)Алексеенко А.Н., Журба О.М., Меринов А.В., Шаяхметов С.Ф. Хромато-масс-спектрометрическое определение 1-гидроксипирена в моче как биомаркера воздействия полициклических ароматических углеводородов. Журнал аналитической химии. 2020; 75(1): 67-73. https://doi.org/10.31857/S0044450220010028Alekseenko A.N., Zhurba O.M., Merinov A.V., Shayakhmetov S.F. Determination of 1-hydroxypyrene as a biomarker for the effects of polycyclic aromatic hydrocarbons in urine by chromatography-mass spectrometry. Zhurnal analiticheskoy khimii. 2020; 75(1): 67–73. https://doi.org/10.31857/S0044450220010028 (in Russian)Мещакова Н.М., Лемешевская Е.П., Шаяхметов С.Ф., Журба О.М. Гигиенический мониторинг основных неблагоприятных факторов в производствах винилхлорида и поливинилхлорида в Восточной Сибири. Медицина труда и промышленная экология. 2017; (10): 42-7.Meshchakova N.M., Lemeshevskaya E.P., Shayakhmetov S.F., Zhurba O.M. Hygienic monitoring of the main unfavorable factors in the production of vinylchloride and polyvinylchloride in Eastern Siberia. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2017; (10): 42–7. (in Russian)Рослый О.Ф., Лихачева Е.И., ред. Медицина труда при электролитическом получении алюминия. Екатеринбург; 2011.Roslyy O.F., Likhacheva E.I., eds. Medicine of Labor for Electrolytic Aluminum Production [Meditsina truda pri elektroliticheskom poluchenii alyuminiya]. Ekaterinburg; 2011. (in Russian)Малышева А.Г., Рахманин Ю.А. Физико-химические исследования и методы контроля веществ в гигиене окружающей среды. СПб.: Профессионал; 2014.Malysheva A.G., Rakhmanin Yu.A. Physical and Chemical Research and Methods of Substance Control in Environmental Hygiene [Fiziko-khimicheskie issledovaniya i metody kontrolya veshchestv v gigiene okruzhayushchey sredy]. St. Petersburg: Professional; 2014. (in Russian)Онищенко Г.Г., Зайцева Н.В., Уланова Т.С. Контроль содержания химических соединений и элементов в биологических средах: Руководство. Пермь: Книжный формат; 2011.Onishchenko G.G., Zaytseva N.V., Ulanova T.S. Control of the Content of Chemical Compounds and Elements in Biological Media: a Guide [Kontrol’ soderzhaniya khimicheskikh soedineniy i elementov v biologicheskikh sredakh: Rukovodstvo]. Permian: Knizhnyy format; 2011. (in Russian)Chen Z.Y., Gu X.R., Cui M.Z., Zhu X.X. Sensitive flame-photometric-detector analysis of thiodiglycolic acid in urine as a biological monitor of vinyl chloride. Int. Arch. Occup. Environ. Health. 1983; 52(3): 281-4. https://doi.org/10.1007/BF00526527Chen Z.Y., Gu X.R., Cui M.Z., Zhu X.X. Sensitive flame-photometric-detector analysis of thiodiglycolic acid in urine as a biological monitor of vinyl chloride. Int. Arch. Occup. Environ. Health. 1983; 52(3): 281–4. https://doi.org/10.1007/BF00526527Campo L., Rossella F., Fustinoni S. Development of a gas chromatography/mass spectrometry method to a quantify several urinary monohydroxy metabolites of polycyclic aromatic hydrocarbons in occupationally exposed subjects. J. Chromatog. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2008; 875(2): 531-40. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2008.10.017Campo L., Rossella F., Fustinoni S. Development of a gas chromatography/mass spectrometry method to a quantify several urinary monohydroxy metabolites of polycyclic aromatic hydrocarbons in occupationally exposed subjects. J. Chromatog. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2008; 875(2): 531–40. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2008.10.017Shin H.S., Lim H.H. Simultaneous determination of 2-naphtol and 1-hydroxypyrene in urine by gas chromatography-mass spectrometry. J. Chromatog. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2011; 879(7-8): 489-94. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2011.01.009Shin H.S., Lim H.H. Simultaneous determination of 2-naphtol and 1-hydroxypyrene in urine by gas chromatography-mass spectrometry. J. Chromatog. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2011; 879(7–8): 489–94. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2011.01.009Журба О.М. Оценка содержания метаболита хлорорганических поллютантов в моче работников производства поливинилхлорида. Гигиена и санитария. 2019; 98(1): 55-60. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-1-55-60Zhurba O.M. Assessment of the metabolite of chlororganic pollutants content in urine of workers of polyvinychloride production. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(1): 55–60. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-1-55-60 (in Russian)Макаров И.А., Федотова И.В. Механизмы канцерогенного воздействия винилхлорида (обзор литературы). Гигиена труда и профессиональные заболевания. 1983; (6): 42-5.Makarov I.A., Fedotova I.V. Mechanisms of the carcinogenic effects of vinyl chloride (literature review). Gigiena truda i professional’nye zabolevaniya. 1983; (6): 42–5. (in Russian)

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