medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2019-98-12-1408-1413medlit-473Research ArticleГИГИЕНА ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВHYGIENE OF CHILDREN AND ADOLESCENTSОсобенности элементного состава цельной крови неэкспонированного детского населения Западного УралаFeatures of the elemental composition of whole blood in children’s population of the Western Uralhttps://orcid.org/0000-0003-2356-1145ЗайцеваН. В.ZaitsevaN. V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9238-5598УлановаТатьяна СергеевнаUlanovaTatyana S.

Доктор биол. наук, зав. отд. химико-аналитических методов исследования Федерального научного центра медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, 614045, Пермь.

e-mail: ulanova@fcrisk.ru

MD, Ph.D., DSci., Head of the Department of Chemical and Analytical Research Methods Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Perm, 614045, Russian Federation.

e-mail: ulanova@fcrisk ru

ulanova@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8490-7624ВейхманГ. А.VeikhmanG. A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5772-2379СтенноЕ. В.StennoE. V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6514-7239НедошитоваА. В.NedoshitovaA. V.noemail@neicon.ruФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения»Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies201914102020981214081413Copyright © Зайцева Н.В., Уланова Т.С., Вейхман Г.А., Стенно Е.В., Недошитова А.В., 20202020Зайцева Н.В., Уланова Т.С., Вейхман Г.А., Стенно Е.В., Недошитова А.В.Zaitseva N.V., Ulanova T.S., Veikhman G.A., Stenno E.V., Nedoshitova 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/473Введение

Введение. Элементный состав крови является актуальным и востребованным показателем в биомониторинговых исследованиях по доказательной медицине, по оценке рисков здоровью населения.

Материал и методы

Материал и методы. Массовые концентрации V, Cr, Mn, Ni, Сu, Zn, As, Se, Sr, Cd, Tl и Pb определены методом ИСП-МС в соответствии с разработанной авторами методикой МУК 4.1.3230-14 (ФР.1.31.2014.17064). Измерения проводились с использованием квадрупольного масс-спектрометра Agilent 7500cx с реакционно-столкновительной ячейкой для подавления интерференционных наложений. Для подготовки к анализу образцов цельной крови использовали метод кислотного растворения с последующим центрифугированием.

Результаты

Результаты. Результаты представлены в виде базовых статистических показателей: минимальное и максимальное значение, среднее арифметическое (АM), среднее геометрическое (GM), 5-, 50-, 95-й перцентили и интерпретированы с учётом современных международных требований. Среднее геометрическое (GM) содержание в крови составляет для ванадия 0,11 мкг/л; хрома – 5,34 мкг/л; марганца – 13,1 мкг/л; никеля – 3,15 мкг/л; меди – 854,7 мкг/л; цинка – 4655 мкг/л; мышьяка – 0,13 мкг/л; селена – 84,97 мкг/л; стронция – 28 мкг/л; кадмия – 0,28 мкг/л; таллия – 0,05 мкг/л; свинца – 18,63 мкг/л.

Результаты исследования на основе 95-го перцентиля (P95) могут быть использованы как ориентировочные справочные данные в качестве основы для оценки риска, связанного с воздействием металлов в условиях экспозиции.

Заключение

Заключение. Установлены региональные особенности элементного состава крови детского населения сельских территорий Западного Урала: в крови превышены концентрации марганца, хрома и никеля, снижены уровни меди, цинка и селена относительно референтных значений, используемых в странах Европы (Италия, Норвегия) и США при проведении национальных программ по биомониторингу человека (БМЧ).

Introduction

Introduction. The element composition of blood is the most relevant index in biomonitoring studies to assess public health risks. The authors determined the elemental composition of the whole blood in 100 the unexposed children residing in the West Ural region using the ICP-MS method and standard biomonitoring methodology of the World Health Organization (WHO). This study allows for improving the comparability and reliability of the analysis results, as well as to supplement information on human biomonitoring for various territories of the Russian Federation. A comparative assessment of the contents of vanadium, chromium, manganese, nickel, copper, zinc, arsenic, selenium, strontium, cadmium, thallium and lead with reference concentrations used in national programs for human biomonitoring (BMC) of European countries and the United States was made.

Material and methods

Material and methods. The authors determined mass concentrations of V, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Se, Sr, Cd, Tl, and Pb by ICP-MS in conformity with Methodical Guidelines 4.1. 3230-14 (FR.1.31.2014.17064) developed by the authors. The article contains setting parameters for quadrupole mass spectrometer with inductively coupled plasma (Agilent 7500cx), the optimal sample preparation scheme for eliminating the “matrix” effect. The operating mode of the mass spectrometer with a response/collision cell to mitigate interferences and the choice of internal standards is justified. The sample preparation of whole blood was made by acid dissolution followed by centrifugation. The detection limits (LOD) for each element are calculated.

Results

Results. The results are presented in the form of basic statistics: minimum and maximum values, arithmetic mean (AM), geometric mean (GM), 5, 50, 95 percentiles and interpreted in accordance with modern international requirements. The geometric mean (GM) of element content in blood amounted to 0.11 µg/l (V); 5.34 µg/l (Cr); 13.1 µg/l (Mn); 3.15 µg/l (Ni); 854.7 µg/l (Сu); 4655.0 µg/l (Zn); 0.13 µg/l (As); 84.97 µg/l (Se); 28.0 µg/l (Sr); 0.28 µg/l (Сd); 0.05 µg/l (Tl); 18.63 µg/l (Pb). The validity of the results was confirmed by means of SERONORM TM Whole Blood L2 standard samples (Norway). The results of the study relied upon the 95 percentile (P95) can be used as approximate reference data as a basis for assessing the risk associated with exposure to metals.

Conclusion

Conclusion. Regional differences from levels found in other Europe countries (Italy, Norway) and the USA included higher concentrations of Mn, Cr and Ni and lower levels of Cu, Zn and Se in blood of children in the rural areas of the West Ural region. The optimal method for determining the content of essential and toxic elements in blood by mass spectrometry with inductively coupled plasma has been substantiated and recommended for practical use (MG 4.1. 3230-14, FR.1.31.2014.17064).

эссенциальные и токсичные элементыкровьдетимасс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-MС)референтные концентрацииреакционная-столкновительная ячейка (ORS)внутренний стандартessential and toxic elementsbloodchildrenmass spectrometry with inductively coupled plasma (ICP-MS)reference concentrationsreaction/collision cell (ORS technology)internal standardReferencesCDC. Third National Report on Human Exposure to Environmental Chemicals. GA: Centers for Disease Control and Prevention: Atlanta, Georgia, USA; 2005.CDC. Third National Report on Human Exposure to Environmental Chemicals. GA: Centers for Disease Control and Prevention: Atlanta, Georgia, USA; 2005.WHO. Human biomonitoring: facts and figures. WHO European Regional Office: Copenhagen, Denmark; 2015.WHO. Human biomonitoring: facts and figures. WHO European Regional Office: Copenhagen, Denmark; 2015.Егоров А.И., Ильченко И.Н., Ляпунов С.М. и соавт. Применение стандартизированной методологии биомониторинга человека для оценки пренатальной экспозиции к ртути. Гигиена и санитария. 2014; 93 (5): 10-8.Egorov А.I., Ilchenko I.N., Lyapunov S.M. et al. Application of a standardized human biomonitoring methodology to assess prenatal exposure to mercury. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2014; 93 (5): 10–8. (in Russian)Ильченко И.Н., Введенский Г.Г., Ляпунов С.М. Концентрации свинца в крови детей, проживающих в трёх российских городах, и угрозы здоровью. Профилактическая медицина. 2012; 4: 27-32.Ilchenco I.N., Vvedensky G.G., Lyapunov S.M. Blood lead concentrations in children living in three Russian towns their healts risks. Profilakticheskaya meditsina [The Russian Journal of Preventive Medicine and Public Health]. 2012; 4: 27–32. (in Russian)Ильченко И.Н., Боярская Т.В., Ляпунов С.М., Окина О.И. Экспозиция токсичными металлами во время беременности и весоростовые характеристики новорождённых: результаты исследования в Московской области. Экология человека. 2017; 11: 34-41.Ilchenco I.N., Boyarskaya T.V., Lyapunov S.M., Okina O.I. Еxposure to toxic metals during pregnancy and overall weight-growth characteristics of the newborn: survey results in Moscow region. Ekologiya cheloveka [Human Ecology]. 2017; 11: 34–41. (in Russian)Зверева В.В., Трунова В.А. Определение элементного состава тканей сердечно-сосудистой системы атомно-спектрометрическими, масс-спектрометрическими и рентгено-спектральными методами анализа. Журнал аналитической химии. 2012; 167 (7): 677-96.Zvereva V.V., Trunova V.А. Determination of the elemental composition of tissues of the cardiovascular system by atomic spectrometry, mass spectrometry and x-ray spectrometry methods. Zhurnal analiticheskoy khimii [Journal of Analytical Chemistry]. 2012; 67 (7): 677–96. (in Russian).Калетина Н.И. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ токсикантов. М.: Гэотар-Медиа; 2008. 1016 с.Kaletina N.I. Toxicological chemistry. Metabolism and analysis of toxicants. Мoscow: Geotar-Media; 2008. 1016 p. (in Russian)Иваненко Н.Б., Ганеев А.А., Соловьев Н.Д. и соавт. Определение микроэлементов в биологических жидкостях. Журнал аналитической химии. 2011; 66 (9): 900-15.Ivanenko N.B., Ganeev А.А., Solovyov N.D. et al. Determination of trace elements in biological fluids. Zhurnal analiticheskoy khimii [Journal of Analytical Chemistry]. 2011; 66 (9): 900–15. (in Russian)Уланова Т.С., Стенно Е.В., Вейхман Г.А., Гилева О.В., Баканина М.А. Оценка содержания токсичных микроэлементов в крови рабочих машиностроительного предприятия. Методы и объекты химического анализа. 2013; 8 (2): 72-5.Ulanova Т.S., Stenno Е.V., Veikhman G.А., Gileva О.V., Bakanina М.А. The estimation of the contents of toxic trace elements in engineering plant workers blood. Metody i ob'yekty khimicheskogo analiza [Methods and Objects of Chemical Analysis]. 2013; 8 (2): 72–5. (in Russian)Уланова Т.С., Гилева О.В., Стенно Е.В., Вейхман Г.А. Особенности определения ванадия в цельной крови методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Биомедицинская химия. 2014; 60 (1): 109-14.Ulanova Т.S., Gileva О.V., Stenno Е.V., Veikhman G.А. Peculiarities of vanadium determination in whole blood by ICP-MS. Biomeditsinskaya khimiya [Biomedical Chemistry]. 2014; 60 (1): 109–14. (in Russian)Уланова Т.С., Гилева О.В., Стенно Е.В., Вейхман Г.А. и соавт. Особенности определения стронция в цельной крови и моче методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Биомедицинская химия. 2015; 61 (5): 613-6.Ulanova Т.S., Gileva О.V., Stenno Е.V., Veikhman G.А. et al. Determination of strontium content in whole blood and urine by icp-ms. Biomeditsinskaya khimiya [Biomedical Chemistry]. 2015; 61 (5): 613–6. (in Russian)Гилева О.В., Уланова Т.С., Вейхман Г.А., Недошитова А.В., Стенно Е.В. Методическое обеспечение определения токсичных и эссенциальных элементов в биологических средах человека для задач социально-гигиенического мониторинга и биомедицинских исследований. Гигиена и санитария. 2016; 95 (1): 116-21.Gileva О.V., Ulanova Т.S., Veikhman G.А., Nedoshitova А.V., Stenno Е.V. Methodical assurance of the assessment of toxic and essential elements in human biological matrices. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2016; 95 (1): 116–22. (in Russian)Уланова Т.С., Стенно Е.В., Вейхман Г.А., Недошитова А.В. Методические и практические аспекты определения общей ртути в образцах цельной крови, мочи и волос методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Анализ риска здоровью. 2018; 2: 119-28.Ulanova Т.S., Stenno Е.V., Veikhman G.А. et al. Methodical and practical aspects related to total mercury determination in whole blood, urine and hair with mass-spectrometry with inductively coupled plasma. Analiz riska zdorov’yu [Health Risk Analysis]. 2018; 2: 119–28. (in Russian)Федоров В.И. К проблеме определения микроэлементов в сыворотке крови человека. Аналитика и контроль. 2005; 9 (4): 358-66.Fyodorov V.I. To problem of trace element assay in human blood serum. Analitika i kontrol’ [Analytics and Control]. 2005; 9 (4): 358–66. (in Russian)Ильченко И.Н., Карташева А.Н. Структура индивидуального и группового заключения по результатам обследования человека с определением биомаркёров экспозиции к химическим загрязнителям, гармонизированная с международными требованиями. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2005; 4: 178-82.Il’chenko I.N., Kartasheva А.N. The structure of individual and group reports on the results of exposure biomarkers concentrations determined in human tissues, harmonized with the international requirements. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovaniy [Int J Appl Fund Res]. 2015; 4 (1): 178–82. (in Russian)Schulz C., Wilhelm M., Heudorf U., Kolossa-Gehring M. Update of the reference and HBM values derived by the German Human Biomonitoring Commission. Int J Hyg Environ Health. 2011; 215 (1): 26-35.Schulz C., Wilhelm M., Heudorf U., Kolossa-Gehring M. Update of the reference and HBM values derived by the German Human Biomonitoring Commission. Int J Hyg Environ Health. 2011; 215 (1): 26–35.Ewers U., Krause C., Schulz C., Wilhelm M. Reference values and human biological monitoring values for environmental toxins. Report on the work and recommendations of the Commission on Human Biological Monitoring of the German Federal Environmental Agency. Int Arch Occup Environ Health. 1999; 72 (4): 255-60.Ewers U., Krause C., Schulz C., Wilhelm M. Reference values and human biological monitoring values for environmental toxins. Report on the work and recommendations of the Commission on Human Biological Monitoring of the German Federal Environmental Agency. Int Arch Occup Environ Health. 1999; 72 (4): 255–60.Saravanabhavan G., Werry K., Walker M. et al. Human biomonitoring reference values for metals and trace elements in blood and urine derived from the Canadian Health Measures Survey 2007-2013. Int J Hyg Environ Health. 2017; 220: 189-200.Saravanabhavan G., Werry K., Walker M. et al. Human biomonitoring reference values for metals and trace elements in blood and urine derived from the Canadian Health Measures Survey 2007–2013. Int J Hyg Environ Health. 2017; 220: 189–200.МУ 2.1.10.2809-10. Состояние здоровья населения в связи с состоянием природной среды и условиями проживания населения. Использование биологических маркёров для оценки загрязнения среды обитания металлами в системе социально-гигиенического мониторинга (утв. Роспотребнадзором 28.10.2010).МG 2.1.10.2809-10. Population health in relation to environment and population living conditions. Application of biological markers for assessing environmental contamination with metals within social-hygienic monitoring framework (approved by Rospotrebnadzor on October 28.10.2010). (in Russian)Уланова Т.С., Нурисламова Т.В., Карнажицкая Т.Д., Гилева О.В. Методические особенности определения химических соединений и элементов в биологических средах. Гигиена и санитария. 2016; 95 (1): 112-6.Ulanova Т.S., Nurislamovа Т.V., Karnazhitskaya Т.D., Gileva О.V. Methodical peculiarities and guidelines for the determination of chemical compounds and elements in the biological matrices. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation, Russian journal]. 2016; 95 (1): 112–6. (in Russian)Tietz clinical guide to laboratory tests. USA: W.B. Saunders Compani; 2006.Tietz clinical guide to laboratory tests. USA: W.B. Saunders Compani; 2006.Reference data. Trace Elements in human biological material. ALS Scandinavia. 2014. URL: http://www.alsglobal.seReference data. Trace Elements in human biological material. ALS Scandinavia. 2014. URL: http://www.alsglobal.seReport on Human Biomonitoring of Environmental Chemicals in Canada. Results of the Canadian Health Measures Survey Cycle 1 (2007-2009; 2010). URL: http://www.hc-sc.gc.ca/ewhsemt/pubs/contaminants/chms-ecms/index-eng.phpReport on Human Biomonitoring of Environmental Chemicals in Canada. Results of the Canadian Health Measures Survey Cycle 1 (2007–2009; 2010). URL: http://www.hc-sc.gc.ca/ewhsemt/pubs/contaminants/chms-ecms/index-eng.phpLiu X., Piao J., Huang Z., Zhang S.Q., Li W., Tian Y. et al. Determination of 16 selected trace elements in children plasma from China economical developed rural areas using high resolution magnetic sector inductively coupled mass spectrometry. J Anal Methods Chem. 2014; 2014: 975820. https://doi.org/10.1155/2014/975820Liu X., Piao J., Huang Z., Zhang S.Q., Li W., Tian Y. et al. Determination of 16 selected trace elements in children plasma from China economical developed rural areas using high resolution magnetic sector inductively coupled mass spectrometry. J Anal Methods Chem. 2014; 2014: 975820. https://doi.org/10.1155/2014/975820Pino A., Amato A., Alimonti A., Mattei D., Bocca B. Human biomonitoring for metals in Italian urban adolescents: data from Latium Region. Int J Hygiene Environ Health. 2012; 215 (2): 185-90.Pino A., Amato A., Alimonti A., Mattei D., Bocca B. Human biomonitoring for metals in Italian urban adolescents: data from Latium Region. Int J Hygiene Environ Health. 2012; 215 (2): 185–90.SIVR circuit laboratory or literature valuation: 5-95th of reference values in blood of Italian population. 2005.SIVR circuit laboratory or literature valuation: 5–95th of reference values in blood of Italian population. 2005.Kolossa-Gehring M., Becker K., Conrad A., Schröter-Kermani C., Schulz C., Seiwert M. Environmental surveys, specimen bank and health related environmental monitoring in Germany. Int J Hyg Environ Health. 2012; 215 (2): 120-6.Kolossa-Gehring M., Becker K., Conrad A., Schröter-Kermani C., Schulz C., Seiwert M. Environmental surveys, specimen bank and health related environmental monitoring in Germany. Int J Hyg Environ Health. 2012; 215 (2): 120–6.Sanders T., Liu Y., Buchner V. et al. Neurotoxic effects and biomarkers of lead exposure: a review. Rev Environ Health. 2009; 24: 15-45.Sanders T., Liu Y., Buchner V. et al. Neurotoxic effects and biomarkers of lead exposure: a review. Rev Environ Health. 2009; 24: 15–45.Černá M., Krsková A., Cejchanová M., Spěváčková V. Human biomonitoring in the Czech Republic: an overview. Int J Hyg Environ Health. 2012; 215 (2): 109-19.Černá M., Krsková A., Cejchanová M., Spěváčková V. Human biomonitoring in the Czech Republic: an overview. Int J Hyg Environ Health. 2012; 215 (2): 109–19.

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