medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2021-100-5-489-494medlit-1424Research ArticleГИГИЕНА ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВHYGIENE OF CHILDREN AND ADOLESCENTSЦитокиновый профиль у детей под воздействием хлороформа и ванадияCytokine profile in children exposed to chloroform and vanadiumhttps://orcid.org/0000-0003-4860-3145ДолгихОлег ВладимировичDolgikhOleg V.

Доктор мед. наук, зав. отделoм иммунобиологических методов диагностики, ФБУН Федеральный научный центрмедикo-профилактических технологий управления рискaми здоровью нaселения, 614045, Пермь.

e-mail: oleg@fcrisk.ru

MD, Ph.D., DSci., Head of Immunobiological Diagnostics Methods Department, Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologie, Perm, 614045, Russian Federation.

e-mail: oleg@fcrisk.ru

oleg@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0170-1824ДиановаД. Г.DianovaDina G.noemail@neicon.ruФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаFederal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies” of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Welfare2021070620211005489494Copyright © Долгих О.В., Дианова Д.Г., 20212021Долгих О.В., Дианова Д.Г.Dolgikh O.V., Dianova D.G.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/1424Введение

Введение. Загрязнение питьевой воды и атмосферного воздуха техногенными гаптенами формирует дисбаланс адаптационных возможностей иммунной системы у детей.

Цель работы – выявить особенности цитокинового профиля у детей, подвергающихся воздействию ванадия и хлорсодержащих соединений (на примере хлороформа).

Материалы и методы

Материалы и методы. Обследованы 283 ребёнка, проживающие в условиях хронической низкоуровневой пероральной экспозиции продуктами гиперхлорирования питьевой воды, контролем для которых послужил контингент, сформированный из 224 детей, потребляющих питьевую воду надлежащего качества по содержанию хлороформа; а также 215 детей, проживающих в условиях хронической аэрогенной низкоуровневой экспозиции ванадием, контролем для которых послужил контингент, сформированный из 131 ребёнка, проживающего на территории условного санитарно-гигиенического благополучия, где отсутствуют стационарные источники загрязнения атмосферного воздуха ванадием. В работе использовали химико-аналитические, иммуноферментные методы исследования.

Результаты

Результаты. У детей, проживающих в условиях пероральной хронической экспозиции продуктами гиперхлорирования питьевой воды, в крови идентифицирован хлороформ, который в норме не должен обнаруживаться. Установлено, что у детей, проживающих на территории с повышенным уровнем аэрогенной нагрузки ванадием содержание ванадия в крови статистически значимо (р < 0,001) в 4,4 раза превышает верхнюю границу референтного интервала. Установлено, что в условиях контаминации крови хлороформом происходит Th2-смещение цитокинового профиля  – статистически значимо повышается концентрация цитокинов IL-4, IL-6, кратность превышения составила 2,2 и 4,3 раза относительно значений, полученных у неэкспонированных детей (р ≤ 0,001–0,031); в условиях контаминации биосред ванадием отмечается снижение продукции Th1-цитокинов – статистически значимо угнетается экспрессия провоспалительного цитокина TNF-α, кратность снижения составила 2,2 раза по сравнению с результатами, полученными у детей контрольной группы (р = 0,032).

Заключение

Заключение. Представленные результаты показывают, что контаминация хлороформом и ванадием вызывает разнонаправленный характер изменения цитокинового профиля сыворотки у экспонированных техногенными гаптенами детей, формируя в дальнейшем различные механизмы нарушений иммунной реакции: активация гуморальной (Th2-зависимая), ассоциированная с контаминацией хлороформом или угнетение клеточной (Th1-зависимая), ассоциированная с избыточной контаминацией ванадием.

Introduction

Introduction. Pollution of drinking water and atmospheric air by anthropogenic haptens forms an imbalance of adaptive capacities of the immune system in children. 

The purpose of the work is to identify the features of the cytokine profile in children exposed to vanadium and chlorine-containing compounds (for example, chloroform).

Materials and methods

Materials and methods. We examined 283 children who live in conditions of chronic low-level peroral exposure to drinking water hyperchlorinated products. The control was a contingent of 224 children consuming drinking water of chloroform of adequate quality. We also examined 215 children living in conditions of chronic aerogenic low-level exposure to vanadium, the control being a contingent of 131 children living in the territory of conditional sanitary and hygienic well-being without any stationary sources of vanadium contamination of the atmospheric air. Chemical-analytical and immunoenzymometric methods were used in the study.

Results

Results. In children living under chronic oral exposure to drinking water hyperchlorination products, chloroform was identified in the blood, which normally should not be detected. In children living in an area with elevated levels of aerogenic vanadium load, the vanadium content in the blood was found to be statistically significant (p < 0.001) 4.4 times higher than the upper limit of the reference interval. We have established that under conditions of blood contamination with chloroform Th2-shift of cytokine profile occurs - concentration cytokines IL4, IL6 increases statistically significantly, frequency of excess was 2.2 and 4.3 times in comparison with the values obtained in unexposed children ( p ≤ 0,001-0,031); under conditions of contamination of biological media with vanadium, a decrease in Th1 cytokine production was observed - the expression of the proinflammatory cytokine TNFα was statistically significantly depressed, the multiple of the decrease was 2.2 times as compared to the results obtained in children not exposed to vanadium ( p = 0.032). 

Conclusions

Conclusions. The presented results show the contamination of chloroform and vanadium to cause a multidirectional nature of changes in the cytokine profile of serum in exposed children with technogenic gaptenes, forming in the future various mechanisms of deterioration of immune response: activation of humoral (Th2-dependent), associated with chloroform contamination or cell suppression (Th1-dependent), associated with excess contamination of vanadium.

контаминация кровихлороформванадийцитокиновый профильblood contaminationchloroformvanadiumcytokine profileReferencesДмитриева Л.А., Пивоваров Ю.И., Лебедев В.Ф., Арсентьева М.Л. Адаптационные возможности иммунной системы у пациентов с коксартрозом после эндопротезирования тазобедренного сустава. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019; (8): 54-9. https://doi.org/10.17513/mjpfi.12825Dmitrieva L.A., Pivovarov Yu.I., Lebedev V.F., Arsent’eva M.L. Adaptive capacities of immune system in patients with coxarthrosis after hip replacement surgery. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovaniy. 2019; (8): 54–9. https://doi.org/10.17513/mjpfi.12825 (in Russian)Дианова Д.Г., Зайцева Н.В., Долгих О.В., Кривцов А.В. Показатели гибели клетки у детей в условиях избыточного поступления хлорсодержащих соединений с питьевой водой. Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2017; (1): 80-7. https://doi.org/10.14427/jipai.2017.1.80Dianova D.G., Zaytseva N.V., Dolgikh O.V., Krivtsov A.V. Cell death indicators in children under exposure to excessive intake of chlorine compounds with drinking water. Immunopatologiya, allergologiya, infektologiya. 2017; (1): 80–7. https://doi.org/10.14427/jipai.2017.1.80 (in Russian)Долгих О.В., Зайцева Н.В., Кривцов А.В., Старкова К.Г., Дианова Д.Г., Бубнова О.А. и соавт. Разработка методических подходов к идентификации особенностей генетического полиморфизма и экспрессии генов у детей в условиях воздействия химических средовых факторов на примере стронция. Анализ риска здоровью. 2016; (1): 34-41.Dolgikh O.V., Zaytseva N.V., Krivtsov A.V., Starkova K.G., Dianova D.G., Bubnova O.A., et al. Development of methodical approach to the identification of the features of the genetic polymorphisms and gene expression in children under influence of chemical environmental factors on the example of strontium. Analiz riska zdorov’yu. 2016; (1): 34–41. (in Russian)Vermeulen R., Schymanski E.L., Barabási A.L., Miller G.W. The exposome and health: Where chemistry meets biology. Science. 2020; 367(6476): 392-6. https://doi.org/10.1126/science.aay3164Vermeulen R., Schymanski E.L., Barabási A.L., Miller G.W. The exposome and health: Where chemistry meets biology. Science. 2020; 367(6476): 392–6. https://doi.org/10.1126/science.aay3164Cardenasa А., Smit E., Welch B.M., Bethel J., Kile M.L. Cross sectional association of arsenic and seroprevalence of hepatitis B infection in the United States (NHANES 2003-2014). Environ. Res. 2018; 166: 570-6. https://doi.org/10.1016/j.envres.2018.06.023Cardenasa А., Smit E., Welch B.M., Bethel J., Kile M.L. Cross sectional association of arsenic and seroprevalence of hepatitis B infection in the United States (NHANES 2003–2014). Environ. Res. 2018; 166: 570–6. https://doi.org/10.1016/j.envres.2018.06.023Drakvik E., Altenburger R., Aoki Y., Backhause T., Bahadori T., Barouki R., et al. Statement on advancing the assessment of chemical mixtures and their risks for human health and the environment. Environ. Int. 2020; 134: 105267. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.105267Drakvik E., Altenburger R., Aoki Y., Backhause T., Bahadori T., Barouki R., et al. Statement on advancing the assessment of chemical mixtures and their risks for human health and the environment. Environ. Int. 2020; 134: 105267. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.105267Madia F., Worth A., Whelan M., Corvi R. Carcinogenicity assessment: Addressing the challenges of cancer and chemicals in the environment. Environ. Intl. 2019; 128: 417-29. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.04.067Madia F., Worth A., Whelan M., Corvi R. Carcinogenicity assessment: Addressing the challenges of cancer and chemicals in the environment. Environ. Intl. 2019; 128: 417–29. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.04.067Симбирцев А.С. Цитокины: классификация и биологические функции. Цитокины и воспаление. 2004; 3(2): 16-22Simbirtsev A.S. Cytokines – classification and biological functions. Tsitokiny i vospalenie. 2004; 3(2): 16–22. (in Russian)Blossom S.J., Gilbert K.M. Exposure to a metabolite of the environmental toxicant, trichloroethylene, attenuates CD4+ T-cell activation-induced cell death by metalloproteinase-dependent FASL shedding. Toxicol. Sci. 2006; 92(1): 103-14. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfj212Blossom S.J., Gilbert K.M. Exposure to a metabolite of the environmental toxicant, trichloroethylene, attenuates CD4+ T-cell activation-induced cell death by metalloproteinase–dependent FASL shedding. Toxicol. Sci. 2006; 92(1): 103–14. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfj212Vlaanderen J., van Veldhoven K., Font-Ribera L., Villanueva C.M., Chadeau-Hyam M., Portengen L., et al. Acute changes in serum immune markers due to swimming in a chlorinated pool. Environ. Int. 2017; 105: 1-11. https://doi.org/10.1016/j.envint.2017.04.009Vlaanderen J., van Veldhoven K., Font-Ribera L., Villanueva C.M., Chadeau-Hyam M., Portengen L., et al. Acute changes in serum immune markers due to swimming in a chlorinated pool. Environ. Int. 2017; 105: 1–11. https://doi.org/10.1016/j.envint.2017.04.009Meng Y., Liu Z., Zhai C., Di T., Zhang L., Xie X., et al. Paeonol inhibits the development of 1-chloro-2,4-dinitrobenzene-induced atopic dermatitis via mast and T-cells in BALB/c mice. Mol. Med. Rep. 2019; 19(4): 3217-29. https://doi.org/10,3892/mmr.2019,9995Meng Y., Liu Z., Zhai C., Di T., Zhang L., Xie X., et al. Paeonol inhibits the development of 1-chloro-2,4-dinitrobenzene-induced atopic dermatitis via mast and T-cells in BALB/c mice. Mol. Med. Rep. 2019; 19(4): 3217–29. https://doi.org/10.3892/mmr.2019,9995Koh Y.J., Cha D.S., Ko J.S., Choi H.D. Anti-inflammatory effect of Taraxacum officinale leaves on lipopolysaccharide-induced inflammatory responses in RAW 264.7 cells. J. Med. Food. 2010; 13(4): 870-8. https://doi.org/10.1089/jmf.2009.1249.Koh Y.J., Cha D.S., Ko J.S., Choi H.D. Anti-inflammatory effect of Taraxacum officinale leaves on lipopolysaccharide-induced inflammatory responses in RAW 264.7 cells. J. Med. Food. 2010; 13(4): 870–8. https://doi.org/10.1089/jmf.2009.1249.Gruzewska K., Michno A., Pawelczyk T., Bielarczyk H. Essentiality and toxicity of vanadium supplements in health and pathology. J. Physiol. Pharmacol. 2014: 65(5): 603-11.Gruzewska K., Michno A., Pawelczyk T., Bielarczyk H. Essentiality and toxicity of vanadium supplements in health and pathology. J. Physiol. Pharmacol. 2014: 65(5): 603–11.Korbecki J., Baranowska-Bosiacka I., Gutowska I., Chlubek D. Biochemical and medical importance of vanadium compounds. Acta Biochim. Pol. 2012; 59(2): 195-200. https://doi.org/10.18388/abp.2012_2138Korbecki J., Baranowska-Bosiacka I., Gutowska I., Chlubek D. Biochemical and medical importance of vanadium compounds. Acta Biochim. Pol. 2012; 59(2): 195–200. https://doi.org/10.18388/abp.2012_2138Cui W., Guo H., Cui H. Vanadium toxicity in the thymic development. Oncotarget 2015; 6(30): 28661-77. https://doi.org/10.18632/oncotarget.5798Cui W., Guo H., Cui H. Vanadium toxicity in the thymic development. Oncotarget 2015; 6(30): 28661–77. https://doi.org/10.18632/oncotarget.5798Долгих О.В., Зайцева Н.В., Дианова Д.Г. Модификация клеточной регуляции иммунной системы ванадием. Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Биология, клиническая медицина. 2012; 10(4): 112-5Dolgikh O.V., Zaytseva N.V., Dianova D.G. The impact of vanadium exposure on immune cell regulation. Vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Biologiya, klinicheskaya meditsina. 2012; 10(4): 112–5. (in Russian)Velazquez-Salinas L., Verdugo-Rodriguez A., Rodriguez L.L., Borca M.V. The role of interleukin 6 during viral infections. Front. Microbiol. 2019: 10: 1057. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01057Velazquez-Salinas L., Verdugo-Rodriguez A., Rodriguez L.L., Borca M.V. The role of interleukin 6 during viral infections. Front. Microbiol. 2019: 10: 1057. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01057Lambrecht B.N., Hammad H., Fakhi J.V. The cytokines of asthma. Immunity. 2019; 50(4): 975-91. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2019.03.018Lambrecht B.N., Hammad H., Fakhi J.V. The cytokines of asthma. Immunity. 2019; 50(4): 975–91. https://doi.org/10.1016/j.immuni.2019.03.018Симбирцев А.С. Иммунофармакологические аспекты системы цитокинов. Бюллетень сибирской медицины. 2019: 18(1): 84-95. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2019-1-84-95Simbirtsev A.S. Immunopharmacological aspects of the cytokine system. Byulleten’ sibirskoy meditsiny. 2019: 18(1): 84–95. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2019-1-84–95 (in Russian)Pan W., Wang Q., Chen Q. The cytokine network involved in the host immune response to periodontitis. Int. J. Oral. Sci. 2019; 11(3): 30. https://doi.org/10.1038/s41368-019-0064-zPan W., Wang Q., Chen Q. The cytokine network involved in the host immune response to periodontitis. Int. J. Oral. Sci. 2019; 11(3): 30. https://doi.org/10.1038/s41368-019-0064-zТиц Н.М. Клиническое руководство по лабораторным тестам. М.: ЮНИМЕД-пресс; 2003Tits N.M. Laboratory Test Clinical Guide [Klinicheskoe rukovodstvo po laboratornym testam]. Moscow: YuNIMED-press; 2003. (in Russian)Constan A.A., Wong B.A., Everitt J.J., Battervora B.E. Chloroform inhalation exposure conditions necessary to initiate liver toxicity in female B6C3F1 mice. Toxicol. Sci. 2002; 66(2): 201-8. https://doi.org/10.1093/toxsci/66.2.201Constan A.A., Wong B.A., Everitt J.J., Battervora B.E. Chloroform inhalation exposure conditions necessary to initiate liver toxicity in female B6C3F1 mice. Toxicol. Sci. 2002; 66(2): 201–8. https://doi.org/10.1093/toxsci/66.2.201Toxicological profile for bromoform and dibromochloromethane [print/digital]. Atlanta, Ga.: Agency for Toxic Substances and Disease Registry; 2005.Toxicological profile for bromoform and dibromochloromethane [print/digital]. Atlanta, Ga.: Agency for Toxic Substances and Disease Registry; 2005.Gallardo-Vera F., Diaz D., Tapia-Rodriguez M., Goes T.F., Masso F., Rendon-Huerta E., et al. Vanadium pentoxide prevents NK-92MI cell proliferation and IFN-γ secretion through sustained JAK3 phosphorylation. J. Immunotoxicol. 2016; 13(1): 27-37. https://doi.org/10.3109/1547691X.2014.996681Gallardo-Vera F., Diaz D., Tapia-Rodriguez M., Goes T.F., Masso F., Rendon-Huerta E., et al. Vanadium pentoxide prevents NK-92MI cell proliferation and IFN-γ secretion through sustained JAK3 phosphorylation. J. Immunotoxicol. 2016; 13(1): 27–37. https://doi.org/10.3109/1547691X.2014.996681Irving E., Stoker A.W. Vanadium compounds as PTP inhibitors. Molecules. 2017; 22(12): 2269. https://doi.org/10,3390/molecules22122269Irving E., Stoker A.W. Vanadium compounds as PTP inhibitors. Molecules. 2017; 22(12): 2269. https://doi.org/10,3390/molecules22122269Raphael I., Nalawade S., Eagar T.N., Forsthuber T.G. T-cell subsets and their signature cytokines in autoimmune and inflammatory diseases. Cytokine. 2015: 74(1): 5-17. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2014.09.011.4Raphael I., Nalawade S., Eagar T.N., Forsthuber T.G. T-cell subsets and their signature cytokines in autoimmune and inflammatory diseases. Cytokine. 2015: 74(1): 5–17. https://doi.org/10.1016/j.cyto.2014.09.011.4Duan L., Rao X., Sigdel K.R. Regulation of inflammation in autoimmune diseases. J. Immunol. Res. 2019; 2019: 7403796. https://doi.org/10.1155/2019/7403796Duan L., Rao X., Sigdel K.R. Regulation of inflammation in autoimmune diseases. J. Immunol. Res. 2019; 2019: 7403796. https://doi.org/10.1155/2019/7403796

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