medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2017-96-8-701-706medlit-878Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEО роли тиолдисульфидной системы в защите организма человека от действия аэрозольного загрязнения воздухаOn the role of the thioldisulphyde system in protection the human body from aerosol air pollutionhttps://orcid.org/0000-0002-1009-9011ВиткинаТатьяна ИсааковнаVitkinaTatyana I.

Д-р биол. наук, проф. РАН, зав. лаб. медицинской экологии и рекреационных ресурсов Владивостокского филиала ФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» — НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения.

e-mail: tash30@mail.ru

MD, PhD, DSci., Professor of RAS, Head of the Laboratory of Medical Ecology and Recreational Resources of the  Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Breathing, of the Vladivostok branch of the Far Eastern scientific center of physiology and pathology of breathing — Research Institute of Medical Climatology and Rehabilitation, Vladivostok, 690105, Russian Federation.

e-mail: tash30@mail.ru

tash30@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6413-9840ГвозденкоТ. А.GvozdenkoT. A.noemail@neicon.ruРакитскийВ. Н.RakitskiyV. N.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8854-4752КолосовВ. П.KolosovV. P.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7310-2599ЯньковаВ. И.YankovaV. I.noemail@neicon.ruГорькаваяА. Ю.GorkavayaA. Yu.noemail@neicon.ruНазаренкоА. В.NazarenkoA. V.noemail@neicon.ruЧайкаВ. В.ChaykaV. V.noemail@neicon.ruКодинцевВ. В.KodintsevV. V.noemail@neicon.ruКикуП. Ф.KikuP. F.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4873-2281ГолохвастК. С.GolokhvastK. S.noemail@neicon.ruВладивостокский филиал ФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» — НИИ медицинской климатологии и восстановительного леченияVladivostok branch of the Far Eastern scientific center of physiology and pathology of breathing-Research Institute of Medical Climatology and RehabilitationФедеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф. ЭрисманаF.F. Erisman Federal Center of HygieneФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания»Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of BreathingФГАОУ «Дальневосточный федеральный университет» Минобрнауки РФFar Eastern Federal UniversityВладивостокский филиал ФГБНУ «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» — НИИ медицинской климатологии и восстановительного лечения; ФГАОУ «Дальневосточный федеральный университет» Минобрнауки РФVladivostok branch of the Far Eastern scientific center of physiology and pathology of breathing-Research Institute of Medical Climatology and Rehabilitation; Far Eastern Federal University201721102020968701706Copyright © Виткина Т.И., Гвозденко Т.А., Ракитский В.Н., Колосов В.П., Янькова В.И., Горькавая А.Ю., Назаренко А.В., Чайка В.В., Кодинцев В.В., Кику П.Ф., Голохваст К.С., 20202020Виткина Т.И., Гвозденко Т.А., Ракитский В.Н., Колосов В.П., Янькова В.И., Горькавая А.Ю., Назаренко А.В., Чайка В.В., Кодинцев В.В., Кику П.Ф., Голохваст К.С.Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Rakitskiy V.N., Kolosov V.P., Yankova V.I., Gorkavaya A.Y., Nazarenko A.V., Chayka V.V., Kodintsev V.V., Kiku P.F., Golokhvast K.S.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/878

В работе представлены результаты исследования количественного распределения и качественных характеристик мелкодисперсных частиц атмосферного воздуха Владивостока. Хроническое воздействие аэрозолей этого ряда на жителей урбанизированной территории привело к развитию состояния окислительного стресса, следствием которого стало повышение уровня окислительных повреждений клеточных макромолекул и увеличение количества клеток со сниженным энергетическим статусом по сравнению с жителями благоприятного района. Интенсификация оксидативных процессов привела к увеличению содержания ключевых антиоксидантных ферментов (тиреодоксина, глутатиона, супероксиддисмутазы) и повышению антиоксидантной активности в целом. Основная роль в репарации белков и ДНК при воздействии мелкодисперсных частиц принадлежит тиоредоксиновой системе за счёт восстановления репарационных ферментов и тиол-дисульфидных связей. Тиол-дисульфид-зависимые антиоксидантные процессы вносят существенный вклад в защиту организма, препятствуя формированию окислительного стресса и апоптозу клеток. Длительное стресс-индуцирующее воздействие мелкодисперсных частиц может привести к истощению адаптационных и репарационных возможностей организма и способствовать развитию патологии.

In this paper results of research of quantitative distribution and qualitative characteristics of microdispersed particles of atmospheric air in the city of Vladivostok are presented. The chronic impact of aerosols of a microsize range on inhabitants of the urbanized territory led to the development of a condition of an oxidative stress giving rise in the increase of the level of oxidative damages of cellular macromolecules and the expansion in the number of cells with the lowered power status in comparison with residents of the favorable area. The induction of oxidative processes caused the enlargement in the content of key antioxidant enzymes (thireodoxin, glutathione, superoxide dismutase) and the gain of antioxidant activity in general. The main role in reparation of proteins and DNA in the oxidizing influence of microdispersed particles belongs to thioredoxin system due to restoration of thiol-disulfide communications and restoration of reparating enzymes. Thiol-disulfide-depended antioxidant processes make an essential contribution to the protection of an organism, preventing the development of the oxidative stress and the cell apoptosis. Long-term stress - induced influence of microdispersed particles can lead to exhaustion of adaptation and reparation opportunities of an organism and to promote еру development of pathology.

микровзвеси атмосферного воздуханаселение урбанизированной территорииокислительные нарушениязащитная роль тиол-дисульфидного звенаmicrosuspensions of atmospheric airpopulation of the urbanized territoryoxidizing violationsprotective role of a tiol-disulfide linkReferencesGehring U., Gruzieva O., Agius R.M., Beelen R., Custovic A., Cyrys J., et al. Air pollution exposure and lung function in children: the ESCAPE project. Environ. Health Perspect. 2013; 121 (11-12): 1357-64.Gehring U., Gruzieva O., Agius R.M., Beelen R., Custovic A., Cyrys J., et al. Air pollution exposure and lung function in children: the ESCAPE project. Environ. Health Perspect. 2013; 121 (11-12): 1357–64.Lim S.S., Vos T., Flaxman A.D., Danaei G., Shibuya K., Adair-Rohani H., et al. A comparative risk assessment of burden of disease and injury attributable to 67 risk factors and risk factor clusters in 21 regions, 1990-2010: a systematic analysis for the global burden of disease study 2010. Lancet. 2012; 380 (9859): 2224-60.Lim S.S., Vos T., Flaxman A.D., Danaei G., Shibuya K., Adair-Rohani H., et al. A comparative risk assessment of burden of disease and injury attributable to 67 risk factors and risk factor clusters in 21 regions, 1990–2010: a systematic analysis for the global burden of disease study 2010. Lancet. 2012; 380 (9859): 2224–60.Lisitsyn A.P. Processes of Oceanic Sedimentation: Lithology and Geochemistry, Special Publications Series. Washington: American Geophysical Union; 1991.Lisitsyn A.P. Processes of Oceanic Sedimentation: Lithology and Geochemistry, Special Publications Series. Washington: American Geophysical Union; 1991.Brook R.D., Rajagopalan S., Pope C.A., Brook J.R., Bhatnagar A., Diez-Roux A.V., et al. Particulate matter air pollution and cardiovascular disease: an update to the scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 2010; 121 (21): 2331-78.Brook R.D., Rajagopalan S., Pope C.A., Brook J.R., Bhatnagar A., Diez-Roux A.V., et al. Particulate matter air pollution and cardiovascular disease: an update to the scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 2010; 121 (21): 2331–78.Иванов В.П., Трухан С.Н., Кочубей Д.И., Куценогий К.П., Макаров В.И. Анализ природы адсорбированных слоев атмосферных аэрозолей. Химия в интересах устойчивого развития. 2006; (5): 449-52Ivanov V.P., Trukhan S.N., Kochubey D.I., Kutsenogiy K.P., Makarov V.I. Analysis of nature of adsorbed layers of atmospheric aerosols. Khimiya v interesakh ustoychivogo razvitiya. 2006; (5): 449–52. (in Russian)Mikkelsen R.B., Wardman P. Biological chemistry of reactive oxygen and nitrogen and radiation-induced signal transduction mechanisms. Oncogene. 2003; 22 (37): 5734-54Mikkelsen R.B., Wardman P. Biological chemistry of reactive oxygen and nitrogen and radiation-induced signal transduction mechanisms. Oncogene. 2003; 22 (37): 5734–54.Куликов В.Ю. Роль окислительного стресса в регуляции метаболической активности внеклеточного матрикса соединительной ткани (обзор). Медицина и образование в Сибири. 2009; (4). Available at: http://ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=363Kulikov V.Yu. Role of oxidative stress in metabolic regulation of activity of extracellular matrix in connective tissue (review). Meditsina i obrazovanie v Sibiri. 2009; (4). Available at: http://ngmu.ru/cozo/mos/article/text_full.php?id=363 (in Russian)Holmgren A., Lu J. Thioredoxin and thioredoxin reductase: current research with special reference to human disease. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2010; 396 (1): 120-4.Holmgren A., Lu J. Thioredoxin and thioredoxin reductase: current research with special reference to human disease. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2010; 396 (1): 120–4.Mahmood D.F.D., Abderrazak A., El Hadri K., Simmet T., Rouis M. The thioredoxin system as a therapeutic target in human health and disease. Antioxid. Redox. Signal. 2013; 19 (11): 1266-303.Mahmood D.F.D., Abderrazak A., El Hadri K., Simmet T., Rouis M. The thioredoxin system as a therapeutic target in human health and disease. Antioxid. Redox. Signal. 2013; 19 (11): 1266–303.Carilho Torrao R.B.D., Dias I.H.K., Bennett S.J., Dunston C.R., Griffiths H.R. Healthy ageing and depletion of intracellular glutathione influences T cell membrane thioredoxin-1 levels and cytokine secretion. Chem. Cent. J. 2013; 7 (1): 150.Carilho Torrao R.B.D., Dias I.H.K., Bennett S.J., Dunston C.R., Griffiths H.R. Healthy ageing and depletion of intracellular glutathione influences T cell membrane thioredoxin-1 levels and cytokine secretion. Chem. Cent. J. 2013; 7 (1): 150.Lillig C.H., Holmgren A. Thioredoxin and related molecules-from biology to health and disease. Antioxid. Redox. Signal. 2007; 9 (1): 25-47.Lillig C.H., Holmgren A. Thioredoxin and related molecules–from biology to health and disease. Antioxid. Redox. Signal. 2007; 9 (1): 25–47.Zschauer T.C., Kunze K., Jakob S., Haendeler J., Altschmied J. Oxidative stress-induced degradation of thioredoxin-1 and apoptosis is inhibited by thioredoxin-1-actin interaction in endothelial cells. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2011; 31 (3): 650-6.Zschauer T.C., Kunze K., Jakob S., Haendeler J., Altschmied J. Oxidative stress-induced degradation of thioredoxin-1 and apoptosis is inhibited by thioredoxin-1-actin interaction in endothelial cells. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2011; 31 (3): 650–6.Голохваст К.С. Атмосферные взвеси городов Дальнего Востока. Владивосток: ДВФУ; 2013.Golokhvast K.S. Atmospheric Suspensions in Cities of Far East [Atmosfernye vzvesi gorodov Dal’nego Vostoka]. Vladivostok: DVFU; 2013. (in Russian)Голохваст К.С., Христофорова Н.К., Кику П.Ф., Гульков А.Н. Гранулометрический и минералогический анализ взвешенных в атмосферном воздухе частиц. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2011; (2): 94-100.Golokhvast K.S., Khristoforova N.K., Kiku P.F., Gul’kov A.N. Granulometric and mineralogical analysis of particles suspended in atmospheric air. Byulleten’ fiziologii i patologii dykhaniya. 2011; (2): 94–100. (in Russian)Donaldson K. The biological effects of coarse and fine particulate matter. Occup. Environ. Med. 2003; 60 (5): 313-4.Donaldson K. The biological effects of coarse and fine particulate matter. Occup. Environ. Med. 2003; 60 (5): 313–4.Lushchak V.I. Adaptive response to oxidative stress: Bacteria, fungi, plants and animals. Comp. Biochem. Physiol. C. Toxicol. Pharmacol. 2011; 153 (2): 175-90.Lushchak V.I. Adaptive response to oxidative stress: Bacteria, fungi, plants and animals. Comp. Biochem. Physiol. C. Toxicol. Pharmacol. 2011; 153 (2): 175–90.Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б., Ткачёв В.О. Некоторые принципы и механизмы редокс-регуляции. Кислород и антиоксиданты. 2009; (1): 3-64Zenkov N.K., Men’shchikova E.B., Tkachev V.O. Some principles and mechanisms of redox regulation. Kislorod i antioksidanty. 2009; (1): 3–64. (in Russian)Njuguna J., Pielichowski K., Zhu H. Health and Environmental Safety of Nanomaterials. Sawston: Woodhead Publishing; 2014.Njuguna J., Pielichowski K., Zhu H. Health and Environmental Safety of Nanomaterials. Sawston: Woodhead Publishing; 2014.Mastrofrancesco A., Alfè M., Rosato E., Gargiulo V., Beatrice C., Di Blasio G., et al. Proinflammatory effects of diesel exhaust nanoparticles on scleroderma skin cells. J. Immunol. Res. 2014; 2014: 138751.Mastrofrancesco A., Alfè M., Rosato E., Gargiulo V., Beatrice C., Di Blasio G., et al. Proinflammatory effects of diesel exhaust nanoparticles on scleroderma skin cells. J. Immunol. Res. 2014; 2014: 138751.Faurschou A., Menné T., Johansen J.D., Thyssen J.P. Metal allergen of the 21st century - a review on exposure, epidemiology and clinical manifestations of palladium allergy. Contact Dermatitis. 2011; 64 (4): 185-95.Faurschou A., Menné T., Johansen J.D., Thyssen J.P. Metal allergen of the 21st century – a review on exposure, epidemiology and clinical manifestations of palladium allergy. Contact Dermatitis. 2011; 64 (4): 185–95.Ogino K., Wang D.H. Biomarkersofoxidative/nitrosative stress: an approach to disease prevention. Acta Medica Okayama. 2007; 61 (4): 181-9.Ogino K., Wang D.H. Biomarkersofoxidative/nitrosative stress: an approach to disease prevention. Acta Medica Okayama. 2007; 61 (4): 181–9.HEI Review Panel on Ultrafine Particles: Understanding the Health Effects of Ambient Ultrafine Particles. Boston: Health Effects Institute; 2013.HEI Review Panel on Ultrafine Particles: Understanding the Health Effects of Ambient Ultrafine Particles. Boston: Health Effects Institute; 2013.Дубинина Е.Е. Продукты метаболизма кислорода в функциональной активности клеток: жизнь и смерть, созидание и разрушение. Физиологические и клинико-биохимические процессы. СПб.: Мед. Пресса; 2006Dubinina E.E. Products of Oxygen Metabolism in Functional Activity of Cells (Life and Death, Creation and Destruction), Physiological and Clinical Biochemical Aspects [Produkty metabolizma kisloroda v funktsional’noy aktivnosti kletok: zhizn’ i smert’, sozidanie i razrushenie. Fiziologicheskie i kliniko-biokhimicheskie protsessy]. St. Petersburg: Med.Pressa; 2006. (in Russian)Shen Z.Y., Shen W.Y., Chen M.H., Shen J., Zeng Y. Reactive oxygen species and antioxidants in apoptosis of esophageal cancer cells induced by As2O3. Int. J. Mol. Med. 2003; 11 (4): 479-84.Shen Z.Y., Shen W.Y., Chen M.H., Shen J., Zeng Y. Reactive oxygen species and antioxidants in apoptosis of esophageal cancer cells induced by As2O3. Int. J. Mol. Med. 2003; 11 (4): 479–84.Wu Y.T., Wu S.B., Wei Y.H. Metabolic reprogramming of human cells in response to oxidative stress: implications in the pathophysiology and therapy of mitochondrial diseases. Curr. Pharm. Des. 2014; 20 (35): 5510-26.Wu Y.T., Wu S.B., Wei Y.H. Metabolic reprogramming of human cells in response to oxidative stress: implications in the pathophysiology and therapy of mitochondrial diseases. Curr. Pharm. Des. 2014; 20 (35): 5510–26.

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