medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2024-103-11-1412-1416twibiimedlit-4470Research ArticleПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕPREVENTIVE TOXICOLOGY AND HYGIENIC STANDARTIZATIONБиомаркёры аэрогенной экспозиции формальдегидом на примере детского населения с аллергопатологиейBiomarkers of exposure to airborne formaldehyde in children with allergic pathologieshttps://orcid.org/0000-0002-2057-9828АликинаИнга НиколаевнаAlikinaInga N.

Науч. сотр. отд. иммунобиологических методов диагностики ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН», 614045, Пермь, Россия

e-mail: alikina.in@mail.ru

Researcher of the Department of Immunobiological Diagnostics, Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Perm, 614045, Russian Federation

e-mail: alikina.in@mail.ru

alikina.in@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4860-3145ДолгихОлег ВладимировичDolgikhОleg V.

Доктор мед. наук, профессор, зав. отд. иммунобиологических методов диагностики ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН», 614045, Пермь, Россия

e-mail: oleg@fcrisk.ru

DSc (Medicine), Professor, Head of the Department of Immunobiological Diagnostics, Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Perm, 614045, Russian Federation

e-mail: oleg@fcrisk.ru

oleg@fcrisk.ruФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияFederal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk management TechnologiesRussian Federation2024171220241031114121416Copyright © Аликина И.Н., Долгих О.В., 20242024Аликина И.Н., Долгих О.В.Alikina I.N., Dolgikh О.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/4470Введение

Введение. Формальдегид (ФА) является распространённым поллютантом и аллергеном. Предполагается, что он увеличивает риск развития ассоциированных с иммунной системой заболеваний [1]. Известно, что ассоциированные с аллергией фенотипы Т-лимфоцитов значительно преобладают в крови человека, который постоянно подвергается воздействию ФА [2].

Материалы и методы

Материалы и методы. Были обследованы 74 ребёнка в возрасте от 7 до 13 лет, проживающих вблизи санитарно-защитной зоны предприятия металлообрабатывающей промышленности, где концентрации формальдегида в атмосферном воздухе соответствуют 0,6 ПДКс.с. (34 из которых – дети, имеющие заболевания аллергической природы). Иммунологические параметры были измерены с помощью проточной цитометрии и иммуноферментного анализа. Генетический анализ проводился с использованием полимеразной цепной реакции (ПЦР) в реальном времени.

Результаты

Результаты. У детей основной группы уровень формальдегида в крови был значительно выше, чем в группе сравнения (р < 0,05). Сравнительный анализ кластеров клеточной дифференцировки в анализируемых группах позволил выявить достоверную гиперэкспрессию регуляторных медиаторов в группе наблюдения: CD277+, CD284+, специфического IgЕ к формальдегиду в 1,2–3,4 раза относительно группы сравнения. Анализ причинно-следственных связей продемонстрировал положительную корреляционную связь уровня формальдегида в крови с гиперэкспрессией CD277+ как костимулирующим фактором аллергических и аутоиммунных заболеваний, а оценка относительного риска развития аллергических реакций в условиях контаминации формальдегидом показала наличие риска избыточной экспрессии CD284+, участвующего в формировании аллергии.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Ограниченная по количеству обследованных детей выборка.

Заключение

Заключение. Низкоуровневая аэрогенная экспозиция формальдегидом в среднесуточной дозе приводит к его избыточной контаминации в биосредах, сопровождается формированием общей и специфической к изучаемому токсиканту сенсибилизации детского организма, сопровождается гиперэкспрессией CD277+ и CD284+, что на фоне полиморфизма гена GPx4 C718T rs713041 свидетельствует о повышении риска развития аллергопатологии у генетически рандомизированной выборки в условиях контаминации формальдегидом.

Соблюдение этических стандартов. Исследование проводилось в полном соответствии с этическими принципами Хельсинкской декларации и Национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ-Р 52379–2005. По итогам заседания Комиссии было подготовлено заключение Локального комитета по этике, созданного на базе Федерального государственного бюджетного учреждения «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» (Протокол № 8 от 14.03.2023 г.). Все участники (или их законные представители) дали информированное добровольное письменное согласие на участие в исследовании.

Участие авторов

Участие авторов: Аликина И.Н. – сбор и обработка материала, написание текста, редактирование;Долгих О.В. – концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 09.09.2024 / Принята к печати: 19.11.2024 / Опубликована: 17.12.2024

Introduction

Introduction. Formaldehyde (FA) is a wide-spread pollutant and allergen. It is believed to create elevated risks of diseases associated with the immune system. Allergy-associated phenotypes of T-lymphocytes are known to prevail significantly in blood of people who are permanently exposed to FA.

Materials and methods

Materials and methods. Seventy four 7 to 13 years children living near the sanitary protection zone of a metalworking enterprise, where the concentrations of formaldehyde in the atmospheric air correspond to 0.6 MPCa.d. (34 of whom are children with allergic diseases). Immunological indices were measured using flow cytometry and enzyme immunoassay. The genetic analysis was performed using real-time polymerase chain reaction (PCR).

Results

Results. In the children of the main group, the FA blood level was significantly higher than in the comparison group (p < 0.05). Comparative analysis of cell differentiation clusters in the examined groups established in the test group authentic hyperexpression of some regulatory mediators including CD277+, CD284+, and IgЕ specific to FA. Their levels were 1.2–3.4 times higher than in the reference group. Our analysis of cause-effect relations showed a positive correlation between FA blood levels and CD277+ hyperexpression as a co-stimulating factor able to cause allergic and autoimmune diseases. We also assessed a relative risk of allergic reactions under formaldehyde contamination; as a result, we detected a risk of excessive expression of CD284+, which participates in the development of allergy.

Limitations

Limitations. The sample was limited to the number of examined children.

Conclusion

Conclusion. Low-level exposure to airborne FA creates its elevated levels in biological media; is accompanied with general sensitization in a child’s body as well as specific one to the analyzed toxicant; is associated with CD277+ and CD284+ hyperexpression. The latter, with rs713041 polymorphism of the GPx4 C718T gene in the background, indicates an elevated risk that allergic pathology may develop in a genetically randomized sample under formaldehyde contamination.

Compliance with ethical standards. The study was conducted in accordance with the ethical principles of the Helsinki Declaration, as well as the National Standard of the Russian Federation GOST-R 52379–2005, which is based on the recommendations on good clinical practice (ICH E6 GCP) The World Medical Association. Following the meeting of the Commission, the conclusion of the Local Ethics Committee was prepared, created on the basis of the Federal State Budgetary Institution “Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk management Technologies of the Federal Service for Surveillance over Consumer Rights Protection and Human Wellbeing “ (Protocol No. 8 of 03/14/2023). All participants (or their legal representatives) gave informed voluntary written consent to participate in the study.

Contributions

Contributions: Alikina I.N. – data collection and analysis, writing and editing the text; Dolgikh O.V. – study concept and design, writing, and editing the text. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and the approval of the final version of the article.

Conflict of interest

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

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: September 9, 2024 / Accepted: November 19, 2024 / Published: December 17, 2024

аэрогенная экспозицияформальдегиддетиаллергиякластеры клеточной дифференцировкиполиморфизм генаairborne exposureformaldehydechildrenallergycell differentiation clustersgene polymorphismReferencesJia X., Jia Q., Zhang Z., Gao W., Zhang X., Niu Y., et al. Effects of formaldehyde on lymphocyte subsets and cytokines in the peripheral blood of exposed workers. PLoS One. 2014; 9(8): e104069. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0104069Jia X., Jia Q., Zhang Z., Gao W., Zhang X., Niu Y., et al. Effects of formaldehyde on lymphocyte subsets and cytokines in the peripheral blood of exposed workers. PLoS One. 2014; 9(8): e104069. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0104069Aydin S., Canpinar H., Ündeğer Ü., Güç D., Çolakoğlu M., Kars A., et al. Assessment of immunotoxicity and genotoxicity in workers exposed to low concentrations of formaldehyde. Arch. Toxicol. 2013; 87(1): 145–53. https://doi.org/10.1007/s00204-012-0961-9Aydin S., Canpinar H., Ündeğer Ü., Güç D., Çolakoğlu M., Kars A., et al. Assessment of immunotoxicity and genotoxicity in workers exposed to low concentrations of formaldehyde. Arch. Toxicol. 2013; 87(1): 145–53. https://doi.org/10.1007/s00204-012-0961-9Zhang L., Li Y., Wang L., Zhang S., Zhang G., Zuo M., et al. A fatal case of accidental oral formaldehyde poisoning and its pathomorphological characteristics. Int. J. Legal Med. 2022; 136(5): 1303–7. https://doi.org/10.1007/s00414-022-02821-1Zhang L., Li Y., Wang L., Zhang S., Zhang G., Zuo M., et al. A fatal case of accidental oral formaldehyde poisoning and its pathomorphological characteristics. Int. J. Legal Med. 2022; 136(5): 1303–7. https://doi.org/10.1007/s00414-022-02821-1Li L., Hua L., He Y., Bao Y. Differential effects of formaldehyde exposure on airway inflammation and bronchial hyperresponsiveness in BALB/c and C57BL/6 mice. PLoS One. 2017; 12(6): e0179231. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0179231Li L., Hua L., He Y., Bao Y. Differential effects of formaldehyde exposure on airway inflammation and bronchial hyperresponsiveness in BALB/c and C57BL/6 mice. PLoS One. 2017; 12(6): e0179231. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0179231Weichuan M., Rongqiao H. The Role of Formaldehyde in Cell Proliferation and Death. In: Formaldehyde and Cognition. Springer; 2017: 79–97. https://doi.org/10.1007/978-94-024-1177-5_5Weichuan M., Rongqiao H. The Role of Formaldehyde in Cell Proliferation and Death. In: Formaldehyde and Cognition. Springer; 2017: 79–97. https://doi.org/10.1007/978-94-024-1177-5_5Зайцева Н.В., Землянова М.А. Гигиеническая индикация последствий для здоровья при внешнесредовой экспозиции химических факторов. Пермь: Книжный формат; 2011. https://elibrary.ru/qmanjjZaitseva N.V., Zemlyanova M.A. Identification of Health Effects Caused by Environmental Chemical Exposure [Gigienicheskaya indikatsiya posledstviy dlya zdorov’ya pri vneshnesredovoy ekspozitsii khimicheskikh faktorov]. Perm’: Knizhnyi format; 2011. https://elibrary.ru/qmanjj (in Russian)Salem M.Z.M., Böhm M. Formaldehyde from wood. BioResources. 2013; 8(3): 4775–90.Salem M.Z.M., Böhm M. Formaldehyde from wood. BioResources. 2013; 8(3): 4775–90.Golden R., Pyatt D., Shields P.G. Formaldehyde as a potential human leukemogen: an assessment of biological plausibility. Crit. Rev. Toxicol. 2006; 36(2): 135–53. https://doi.org/10.1080/10408440500533208Golden R., Pyatt D., Shields P.G. Formaldehyde as a potential human leukemogen: an assessment of biological plausibility. Crit. Rev. Toxicol. 2006; 36(2): 135–53. https://doi.org/10.1080/10408440500533208Филов В.А., Тиунов Л.А. Вредные химические вещества. Галоген- и кислородсодержащие органические соединения. Справочник. СПб.; 1994.Filov V.A., Tiunov L.A. Harmful Chemicals. Halogen and Oxygen Organic Compounds. Reference. Guide [Vrednye khimicheskie veshchestva. Galogen- i kislorodsoderzhashchie organicheskie soedineniya. Spravochnik]. St. Petersburg; 1994. (in Russian)Скубневская Г.И., Дульцова Г.Г. Загрязнение атмосферы формальдегидом: аналитический обзор. Новосибирск; 1994.Skubnevskaya G.I., Dul’tsova G.G. Atmospheric Pollution with Formaldehyde: an Analytical Review [Zagryaznenie atmosfery formal’degidom: analiticheskii obzor]. Novosibirsk; 1994. (in Russian)Зайцева Н.В., Беляев Е.Н., Уланова Т.С., Леденцова Е.Е., Карнажицкая Т.Д. Химико-аналитическое обеспечение социально-гигиенического мониторинга кислородсодержащих органических соединений. М.; 2002.Zaitseva N.V., Belyaev E.N., Ulanova T.S., Ledentsova E.E., Karnazhitskaya T.D. Chemical and Analytical Support of Socio-Hygienic Monitoring of Oxygen Organic Compounds [Khimiko-analiticheskoe obespechenie sotsial’no-gigienicheskogo monitoringa kislorodsoderzhashchikh organicheskikh soedinenii.]. Moscow; 2002. (in Russian)Fujimaki H., Kurokawa Y., Kunugita N., Kikuchi M., Sato F., Arashidani K. Differential immunogenic and neurogenic inflammatory responses in an allergic mouse model exposed to low levels of formaldehyde. Toxicology. 2004; 197(1): 1–13. https://doi.org/10.1016/j.tox.2003.11.015Fujimaki H., Kurokawa Y., Kunugita N., Kikuchi M., Sato F., Arashidani K. Differential immunogenic and neurogenic inflammatory responses in an allergic mouse model exposed to low levels of formaldehyde. Toxicology. 2004; 197(1): 1–13. https://doi.org/10.1016/j.tox.2003.11.015Feng L., Xiao H., He X., Li Z., Li F., Liu N., et al. Neurotoxicological consequence of long-term exposure to lanthanum. Toxicol. Lett. 2006; 165(2): 112–20. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2006.02.003Feng L., Xiao H., He X., Li Z., Li F., Liu N., et al. Neurotoxicological consequence of long-term exposure to lanthanum. Toxicol. Lett. 2006; 165(2): 112–20. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2006.02.003Zhang H., Feng J., Zhu W., Liu C., Xu S., Shao P., et al. Chronic toxicity of rare-earth elements on human beings: implications of blood biochemical indices in REE-high regions, South Jiangxi. Biol. Trace Elem. Res. 2000; 73(1): 1–17. https://doi.org/10.1385/BTER:73:1:1Zhang H., Feng J., Zhu W., Liu C., Xu S., Shao P., et al. Chronic toxicity of rare-earth elements on human beings: implications of blood biochemical indices in REE-high regions, South Jiangxi. Biol. Trace Elem. Res. 2000; 73(1): 1–17. https://doi.org/10.1385/BTER:73:1:1Kolodkin A.L., Levengood D.V., Rowe E.G., Tai Y.T., Giger R.J., Ginty D.D. Neuropilin is a semaphorin III receptor. Cell. 1997; 90(4): 753–62. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(00)80535-8Kolodkin A.L., Levengood D.V., Rowe E.G., Tai Y.T., Giger R.J., Ginty D.D. Neuropilin is a semaphorin III receptor. Cell. 1997; 90(4): 753–62. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(00)80535-8He Z., Tessier-Lavigne M. Neuropilin is a receptor for the axonal chemorepellent Semaphorin III. Cell. 1997; 90(4): 739–51. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(00)80534-6He Z., Tessier-Lavigne M. Neuropilin is a receptor for the axonal chemorepellent Semaphorin III. Cell. 1997; 90(4): 739–51. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(00)80534-6Ланин Д.В., Зайцева Н.В., Долгих О.В. Нейроэндокринные механизмы регуляции функций иммунной системы. Успехи современной биологии. 2011; 131(2): 122–34. https://elibrary.ru/ntrvivLanin D.V., Zaitseva N.V., Dolgikh O.V. Neuroendocrine mechanisms for regulation of immune system. Uspekhi sovremennoi biologii. 2011; 131(2): 122–34. https://elibrary.ru/ntrviv (in Russian)Antosz H., Sajewicz J., Marzec-Kotarska B., Kocki J., Dmoszyńska A. Different expression of CD180, CD284 and CD14 receptors on the CD19+ subpopulation of normal and B-CLL lymphocytes. Folia Histochem. Cytobiol. 2009; 47(4): 593–8. https://doi.org/10.2478/v10042-009-0112-1Antosz H., Sajewicz J., Marzec-Kotarska B., Kocki J., Dmoszyńska A. Different expression of CD180, CD284 and CD14 receptors on the CD19+ subpopulation of normal and B-CLL lymphocytes. Folia Histochem. Cytobiol. 2009; 47(4): 593–8. https://doi.org/10.2478/v10042-009-0112-1Абраматец Е.А., Ефимова Н.В. Некоторые эпидемиологические аспекты аллергопатологии у подростков промышленных центров. Сибирский медицинский журнал. 2011; 105(6): 216–8. https://elibrary.ru/ojettjAbramatets E.A., Efimova N.V. Some epidemiological aspect of allergopathology in teen-agers living in industrial centres. Sibirskii meditsinskii zhurnal. 2011; 105(6): 216–8. https://elibrary.ru/ojettj (in Russian)Кудаева И.В., Маснавиева Л.Б., Дьякович О.А. Соотношение лабораторных показателей, характеризующих активность аллергических реакций, у подростков. Российский аллергологический журнал. 2010; (5): 149–50.Kudaeva I.V., Masnavieva L.B., D’yakovich O.A. Value laboratory parameters characterizing the activity of allergic reactions in adolescents. Rossiiskii allergologicheskii zhurnal. 2010; (5): 149–50. (in Russian)Маснавиева Л.Б., Кудаева И.В., Ефимова Н.В., Журба О.М. Индивидуальная экспозиционная нагрузка формальдегидом и сенсибилизация организма подростков. Экология человека. 2017; (6): 3–8. https://doi.org/10.33396/1728-0869-2017-6-3-8 https://elibrary.ru/yunoizMasnavieva L.B., Kudaeva I.V., Efimova N.V., Zhurba O.M. Individual exposure load of formaldehyde and adolescents’ organism sensibilization. Ekologiya cheloveka. 2017; (6): 3–8. https://doi.org/10.33396/1728-0869-2017-6-3-8 https://elibrary.ru/yunoiz (in Russian)Crosley L.K., Bashir S., Nicol F., Arthur J.R., Hesketh J.E., Sneddon A.A. The single-nucleotide polymorphism (GPX4c718t) in the glutathione peroxidase 4 gene influences endothelial cell function: interaction with selenium and fatty acids. Mol. Nutr. Food Res. 2013; 57(12): 2185–94. https://doi.org/10.1002/mnfr.201300216Crosley L.K., Bashir S., Nicol F., Arthur J.R., Hesketh J.E., Sneddon A.A. The single-nucleotide polymorphism (GPX4c718t) in the glutathione peroxidase 4 gene influences endothelial cell function: interaction with selenium and fatty acids. Mol. Nutr. Food Res. 2013; 57(12): 2185–94. https://doi.org/10.1002/mnfr.201300216Méplan C., Crosley L.K., Nicol F., Horgan G.W., Mathers J.C., Arthur J.R., et al. Functional effects of a common single-nucleotide polymorphism (GPX4c718t) in the glutathione peroxidase 4 gene: interaction with sex. Am. J. Clin. Nutr. 2008; 87(4): 1019–27. https://doi.org/10.1093/ajcn/87.4.1019Méplan C., Crosley L.K., Nicol F., Horgan G.W., Mathers J.C., Arthur J.R., et al. Functional effects of a common single-nucleotide polymorphism (GPX4c718t) in the glutathione peroxidase 4 gene: interaction with sex. Am. J. Clin. Nutr. 2008; 87(4): 1019–27. https://doi.org/10.1093/ajcn/87.4.1019

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